Принципът на работа и електрическият мотор на устройството

  • Броячи

Всеки електродвигател е проектиран да извършва механична работа, дължаща се на консумацията на приложената към него електрическа енергия, която по принцип се превръща в ротационно движение. Въпреки че в техниката съществуват модели, които веднага създават транслационното движение на работното тяло. Те се наричат ​​линейни мотори.

В промишлените инсталации, електродвигателите задвижват различни машини и механични устройства, участващи в производствения процес.

Вътре в домашни уреди, електродвигателите работят в перални машини, прахосмукачки, компютри, сешоари за коса, детски играчки, часовници и много други устройства.

Основни физически процеси и принцип на работа

Електрическите заряди, движещи се в магнитно поле, които се наричат ​​електрически токове, винаги се влияят от механична сила, която има тенденция да отклонява посоката си в равнина, перпендикулярна на ориентацията на линиите на магнитното поле. Когато електрически ток преминава през метален проводник или намотка, направена от него, тази сила има тенденция да се движи / върти всеки проводник с ток и намотка като цяло.

На снимката по-долу е показана металната рамка, през която протича токът. Приложеното върху него магнитно поле създава сила F за всеки клон на рамката, създавайки ротационно движение.

Това свойство на взаимодействието на електрическата и магнитната енергия въз основа на създаването на електродвижеща сила в затворен проводящ контур, поставен в работата на всеки електродвигател. Дизайнът му включва:

намотка, през която тече електрически ток. Поставя се върху специален котвен котва и се фиксира в лагерите на въртене, за да се намали съпротивлението на силите на триене. Този дизайн се нарича ротор;

статор, който създава магнитно поле, което с електрическите си линии прониква в електрическите заряди, преминаващи през завоите на намотката на ротора;

за настаняване на статора. Вътре в корпуса са направени специални слотове за кацане, вътре в които се монтира външната клетка на роторните лагери.

Опростеният дизайн на най-простия електрически двигател може да бъде представен от следното изображение.

Когато роторът се върти, се генерира въртящ момент, чиято мощност зависи от цялостната конструкция на устройството, количеството на приложената електрическа енергия и загубите по време на преобразуването.

Стойността на максималната възможна мощност на въртящия момент на двигателя винаги е по-малка от приложената към него електрическа енергия. Тя се характеризира с големината на ефективността.

Чрез вида на тока, преминаващ през намотките, те се подразделят на DC или AC мотори. Всяка от тези две групи има голям брой модификации, използващи различни технологични процеси.

DC мотори

Те имат магнитното поле на статора, създадени постоянно фиксирани постоянни магнити или специални електромагнити с възбуждащи намотки. Арматурната намотка е здраво монтирана във вала, която е фиксирана в лагерите и може свободно да се върти около собствената си ос.

Основното устройство на такъв двигател е показано на фигурата.

В сърцевината на арматурата на феромагнитните материали има намотка, състояща се от две серийно свързани части, които са свързани към проводими колекторни пластини в единия край и са свързани с другата. Две четки, изработени от графит, са разположени в диаметрално противоположните краища на арматурата и са притиснати към контактните тампони на колекторните плочи.

Положителният потенциал на източника на постоянен ток се подава към долната четка на модела и отрицателен към горния. Посоката на тока, протичащ през намотката, се обозначава с пунктирана червена стрелка.

Токът предизвиква магнитното поле на северния полюс в долната лява част на арматурата, а южният полюс в горния десен (правилото на котвата). Това води до отблъскване на полюсите на ротора от стационарното със същото име и привличането към противоположните полюси на статора. В резултат на приложената сила възниква ротационно движение, посоката на което е означено с кафява стрелка.

При по-нататъшно въртене на арматурата чрез инерция, полюсите се прехвърлят към други колектори. Посоката на тока в тях е обърната. Роторът продължава да се върти.

Простият дизайн на такова колекторно устройство води до големи загуби на електрическа енергия. Подобни двигатели работят в устройства с прост дизайн или играчки за деца.

DC двигателите, участващи в производствения процес, имат по-сложна структура:

намотката е разделена не на две, а на повече части;

всеки участък от намотката е монтиран на неговия полюс;

колекторното устройство е направено от определен брой подложки за броя на участъците на намотките.

В резултат на това, гладкото свързване на всеки полюс се създава чрез контактните му плочи към четките и източника на ток, а загубата на електроенергия се намалява.

Устройството на такава котва е показано на снимката.

При електродвигатели с постоянен ток посоката на въртене на ротора може да бъде обърната. За да направите това, е достатъчно да промените текущото движение в намотката до противоположната промяна на полярността при източника.

АС мотори

Те се различават от предишните проекти, тъй като електрическият ток, който тече в намотката им, е описан съгласно синусоидален хармоничен закон, който периодично променя посоката си (знак). За тяхното захранване напрежението се осигурява от алтернатори с променлива величина.

Статорът на такива двигатели се извършва от магнитен проводник. Тя е изработена от феромагнитни пластини с канали, в които намотките се поставят с конфигурация на рамка (намотка).

На снимката по-долу е показан принципът на работа на еднофазен променливотоков мотор със синхронно въртене на роторните и статорните електромагнитни полета.

В процепите на магнитната верига на статора по диаметрално противоположните краища са разположени проводниците на намотката, схематично показани под формата на рамка, през която тече променлив ток.

Помислете за случая за момент във времето, съответстващ на преминаването на положителната част от неговата половин вълна.

В лагерните клетки се ротира ротор с постоянно монтиран магнит, в който се произнасят северните "N уста" и южните "стволови" урни. Когато положителна половин вълна ток тече през статорната намотка, в нея се създава магнитно поле с полюсите "S st" и "N st".

Силите на взаимодействие възникват между магнитните полета на ротора и статора (като полюсите отблъскват и за разлика от тези, които привличат), които са склонни да обръщат арматурата на електрическия мотор от произволна позиция до крайната, когато противоположните полюси се намират един спрямо друг.

Ако разгледаме един и същ случай, но за момент, когато обратната тече през проводника на рамката - отрицателната половин вълна на тока, въртенето на арматурата ще се извърши в обратната посока.

За да придаде непрекъснато движение на ротора в статора, не е направена нито една рамка на навиване, а определен брой от тях, така че всеки от тях да е захранван от отделен източник на ток.

Принципът на работа на трифазен променливотоков електродвигател със синхронно въртене на електромагнитните полета на ротора и статора е показан на следващата картина.

В тази структура вътре в статорната магнитна верига са монтирани три намотки А, В и С, изместени при ъгли от 120 градуса между тях. Преобръщане А е маркирано в жълто, В в зелено и В в червено. Всяка намотка е направена в същите кадри като в предишния случай.

На снимката за всеки случай, токът преминава през само една намотка в посока напред или обратно, което е означено с знаци "+" и "-".

С преминаването на положителната половин вълна във фаза А в посока напред, оста на роторното поле заема хоризонтално положение, защото магнитните полюси на статора са оформени в тази равнина и привличат движещата се котва. За разлика от полюсите на ротора тепърва се приближават до полюсите на статора.

Когато положителната половин вълна преминава във фаза С, котвата ще се обърне на 60 градуса по посока на часовниковата стрелка. След като токът е приложен към фаза В, ще се извърши аналогично въртене на арматурата. Всеки последователен токов поток в следващата фаза на следващата намотка ще завърти ротора.

Ако напрежението на трифазна мрежа, изместена под ъгъл от 120 градуса, се прилага към всяка намотка, тогава в нея ще се движат променливи токове, които развиват арматурата и създават синхронно въртене с приложеното електромагнитно поле.

Същата механична конструкция се използва успешно и в трифазен стъпков двигател. Само при всяка намотка чрез контролиране на специален контролер (стъпков двигател на водача) DC импулсите се прилагат и отстраняват съгласно алгоритъма, описан по-горе.

Стартирането им започва ротационно движение и завършването в определена точка от време осигурява дозирано въртене на вала и спиране в програмиран ъгъл за извършване на определени технологични операции.

При двете описани трифазни системи посоката на въртене на арматурата може да се промени. За да направите това, трябва само да смените редуването на фазите "А" - "В" - "С" на друг, например "А" - "С" - "Б".

Скоростта на въртене на ротора се регулира от продължителността на периода Т. Редукцията му води до ускоряване на въртенето. Степента на амплитудата на тока във фазата зависи от вътрешното съпротивление на намотката и от стойността на приложеното напрежение. Той определя размера на въртящия момент и мощността на електродвигателя.

Тези конструкции на двигателя имат една и съща статорна магнитна верига с намотки, както при по-рано разгледаните еднофазни и трифазни модели. Те получават името си поради асинхронното въртене на електромагнитните полета на арматурата и статора. Това се постига чрез подобряване на конфигурацията на ротора.

Ядрото му е сглобено от плочи от типове електрическа стомана с канали. В тях се монтират алуминиеви или медни проводници, които в краищата на арматурата се затварят с проводящи пръстени.

Когато напрежението се прилага върху намотките на статора, в намотката на ротора се индуцира електрически ток чрез електродвижеща сила и се създава магнитно поле за арматура. Взаимодействието на тези електромагнитни полета започва с въртенето на вала на двигателя.

При този дизайн движението на ротора е възможно само след като в статора е възникнал въртящо се електромагнитно поле и той продължава с асинхронния режим на работа с него.

Асинхронните двигатели са по-прости при проектирането. Поради това те са по-евтини и се използват широко в промишлените инсталации и домакинските уреди.

Експлозивен електрически мотор ABB

Много работни органи на индустриални механизми извършват бутални или транслационни движения в една равнина, необходими за работата на металообработващи машини, превозни средства, удари с чук при шофиране на пилоти...

Преместването на такова работно тяло с помощта на скоростни кутии, сферични винтове, ремъчни задвижвания и подобни механични устройства от въртящ се електрически мотор усложнява дизайна. Модерно техническо решение на този проблем е работата на линеен електродвигател.

В него статорът и роторът са удължени под формата на ивици и не са навити на пръстени, както при ротационните електродвигатели.

Принципът на действие се състои в придаване на възвратно-постъпателно линейно движение на ротора на ротора, дължащо се на предаването на електромагнитна енергия от неподвижен статор с некомпенсирана магнитна верига с определена дължина. В него се създава работещо магнитно поле чрез последователно включване на тока.

Той действа върху намотката с колектор. Силите, възникващи при такъв двигател, движат ротора само в линейна посока по протежение на водещите елементи.

Линейните мотори са проектирани да работят с директен или променлив ток, могат да работят в синхронни или асинхронни режими.

Разбираме принципите на работа на електродвигателите: предимствата и недостатъците на различните видове

Електродвигателите са устройства, в които електрическата енергия се превръща в механична енергия. Принципът на тяхното действие се основава на явлението електромагнитна индукция.

Въпреки това, начините, по които взаимодействат магнитните полета, принуждаващи ротора на даден двигател да се върти, се различават значително в зависимост от вида на захранващото напрежение - редуващи се или постоянни.

Устройството и принципът на работа на DC мотор

Принципът на работа на двигател с постоянен ток се основава на ефекта на изтласкване като полюси на постоянни магнити и привличане на противоположни такива. Приоритетът на своето изобретение принадлежи на руския инженер Б. С. Якоби. Първият индустриален модел на DC двигател е създаден през 1838 година. Оттогава нейният дизайн не е претърпял големи промени.

При нискоенергийни DC мотори един от магнитите съществува физически. Той е прикрепен директно към тялото на машината. Втората е създадена в намотката на атомната кутия след свързването на DC източник към нея. За да направите това, използвайте специално устройство - устройство за колекторна четка. Самият колектор е проводящ пръстен, монтиран на вала на мотора. Краищата на намотката на котвата са свързани към нея.

При двигателите с голяма мощност физически съществуващите магнити не се използват поради голямото им тегло. За да се създаде постоянно магнитно поле на статора, се използват няколко метални пръчки, всеки от които има собствена намотка на проводник, свързан към положителната или отрицателната шина за захранване. Полюсите със същото име са свързани последователно един с друг.

Броят на двойките полюси на корпуса на двигателя може да бъде един или четири. Броят на колесните четки на колекторната арматура трябва да съвпада.

Високоенергийните електродвигатели имат редица конструктивни трикове. Например, след стартиране на двигателя и с промяна на натоварването върху него, възелът на колекторните четки се измества под определен ъгъл спрямо въртенето на вала. По този начин се компенсира ефектът от "реакцията на арматурата", което води до спиране на вала и намаляване на ефективността на електрическата машина.

Съществуват и три схеми за свързване на DC мотор:

  • с паралелно възбуждане;
  • сериен;
  • смесена.

Паралелното възбуждане е, когато друг независим, обикновено регулируем (реостат) се включва успоредно на намотката на котвата.

Последователни - допълнителна намотка е свързана последователно с веригата за захранване на котвата. Този тип връзка се използва за драстично увеличаване на въртящата сила на двигателя в точното време. Например при стартиране на влаковете.

Двигателите с постоянен ток имат способността да регулират плавно скоростта на въртене, така че те да се използват като сцепление в електрически превозни средства и подемно оборудване.

АС мотори - каква е разликата?

Устройството и принципът на работа на AC двигателя за създаване на въртящ момент включват използването на въртящо се магнитно поле. Техният изобретател е руският инженер М. О. Доливо-Доброполски, който през 1890 г. създава първия промишлен дизайн на двигателя и е основател на теорията и технологията на трифазен променлив ток.

В три статорни намотки на двигателя се извършва въртеливо магнитно поле, веднага щом се свържат към веригата на захранващото напрежение. Роторът на такъв електродвигател в традиционното изпълнение няма намотки и е грубо казано желязо, нещо, приличащо на катерица.

Магнитното поле на статора провокира появата на ток в ротора и много голям, защото това е късо съединение. Този ток предизвиква възникването на свое собствено поле за арматура, което се "блокира" с вихровата магнитна пот на статора и кара вала на двигателя да се върти в същата посока.

Принципът на действие на AC мотор с традиционен ротор с късо съединение има много големи изходни токове. Вероятно много от вас забелязаха това - при стартиране на двигателите на нажежаема лампа те променят яркостта на блясъка. Следователно, при високоенергийни електрически машини се използва фазов ротор - върху него се поставят три намотки, свързани с "звезда".

Арматурните намотки не са свързани към електрическата мрежа и са свързани към стартовия резистор чрез устройство за колекторна четка. Процесът на включване на такъв двигател се състои в свързване към захранващата мрежа и постепенно намаляване до нула на активното съпротивление в котвата за арматура. Електрическият мотор се включва гладко и без претоварване.

Характеристики на използването на асинхронни двигатели в еднофазна схема

Независимо от факта, че ротационното магнитно поле на статора е най-лесно да се получи от трифазно напрежение, принципът на работа на асинхронен електродвигател му позволява да работи от еднофазна домакинска мрежа, ако се направят някои промени в дизайна.

За да направите това, трябва да има две намотки на статора, единият от които е "стартиране". Токът в него се премества във фаза с 90 ° поради включването на реактивно натоварване във веригата. Най-често се използва за този кондензатор.

Захранван от битов изход, можете и индустриален трифазен двигател. За да направите това, в неговата клемна кутия са свързани две намотки в една, а в тази схема е включен кондензатор. Въз основа на принципа на работа на асинхронни електродвигатели, захранвани от еднофазна схема, трябва да се отбележи, че те имат по-ниска ефективност и са много чувствителни към претоварване.

Универсални колекторни двигатели - принцип на работа и характеристики

В електрически инструменти за домакинството с ниска мощност, които изискват ниски стартови токове, висок въртящ момент, висока ротационна скорост и възможност за гладко регулиране, се използват така наречените универсални колекторни двигатели. По проект, те са подобни на DC мотори с последователно възбуждане.

При такива двигатели магнитното поле на статора се генерира поради захранващото напрежение. Само конструкцията на магнитните сърцевини е леко модифицирана - тя не е хвърлена, а един циферблат, който позволява да се намали обръщането на магнетизирането и нагряването чрез токове на Фуко. Серийната индуктивност, свързана към котелната арматура, позволява да се промени посоката на магнитното поле на статора и на арматурата в същата посока и в същата фаза.

Почти пълен синхронизъм на магнитните полета позволява на двигателя да постигне инерция дори при значителни натоварвания на вала, които са необходими за работа с бормашини, ротационни чукове, прахосмукачки, "българи" или машини за полиране.

Ако в захранващата верига на такъв двигател е включен регулируем трансформатор, тогава неговата честота на въртене може да бъде променяна плавно. Но посоката, когато се захранва от електрическата верига, никога не може да бъде променена.

Електродвигателите имат най-висока ефективност (повече от 80%) от всички устройства, създадени от човека. Техното изобретение в края на 19 век може да се смята за качествен цивилизационен скок, защото без тях е невъзможно да си представим живота на съвременното общество, базиран на високи технологии, и нещо по-ефективно все още не е измислено.

АСТ моторно устройство

Електродвигателите са електрически машини, използвани за преобразуване на електрическата енергия в механична енергия. Общата класификация ги разделя на типа на захранващия ток към двигателите за постоянен и променлив ток. Статията по-долу разглежда електродвигателите със спецификация на променлив ток, техните типове, отличителни характеристики и предимства.

За обща информация препоръчваме да прочетете отделната статия относно принципите на работа на електродвигателите.

Принцип на преобразуване на енергия

Сред електродвигателите, използвани във всички отрасли и битови уреди, най-често срещани са AC мотори. Те се намират в почти всяка сфера на живота, от детски играчки и перални до автомобили и мощни производствени машини.

Принципът на действие на всички електродвигатели се основава на Закона за електромагнитна индукция на Фарадей и на Закона за Ампер. Първият от тях описва ситуацията, когато се генерира електродвижеща сила върху затворен проводник, разположен в променящо се магнитно поле. При двигателите това поле се създава чрез намотките на статора, през които тече променлив ток. Вътре в статора (който представлява тялото на устройството) е движещ елемент на двигателя - ротора. На него и има ток.

Ротацията на ротора се обяснява с амперския закон, който гласи, че електрическите заряди, течащи през проводник в магнитното поле, са засегнати от сила, която ги движи в равнина, перпендикулярна на силите на това поле. Просто казано, проводникът, който в дизайна на двигателя е ротор, започва да се върти около оста си и се фиксира върху вала, към който са свързани работните механизми на оборудването.

Видове двигатели и тяхното устройство

AC електродвигателите имат различно устройство, благодарение на което е възможно да се създадат машини със същата скорост на ротора спрямо магнитното поле на статора и такива машини, при които роторът изостава зад въртящото се поле. Според този принцип тези двигатели са разделени на съответните типове: синхронни и асинхронни.

индукция

Основата на дизайна на асинхронен двигател е двойка от най-важните функционални части:

  1. Статорът е блок с цилиндрична форма, изработен от стоманени листове с жлебове за полагане на проводими намотки, чиито оси са разположени под ъгъл от 120 ° спрямо другия. Полюсите на намотките преминават към клемната кутия, където те са свързани по различен начин в зависимост от необходимите параметри на двигателя.
  2. Ротор. При проектирането на асинхронни електродвигатели се използват ротори от два вида:
    • Накъсо. Тя се нарича така, защото е направена от няколко алуминиеви или медни пръчки, късо съединение с крайни пръстени. Този дизайн, който е текущата носеща намотка на ротора, се нарича "катерица с катерици" в електрическата механика.
    • Фаза. На ротори от този тип е инсталирана трифазна намотка, подобна на намотката на статора. Най-често, краищата на проводниците си отиват в зоната на терминала, където те са свързани с "звезда", а свободните краища са свързани с контактните пръстени. Фазовият ротор ви позволява да добавите допълнителен резистор към намотката с помощта на четки, което ви позволява да промените съпротивлението, за да намалите началните токове.


В допълнение към описаните ключови елементи на асинхронен електродвигател, неговият дизайн включва също вентилатор за охлаждане на намотките, клемна кутия и вал, предаващи генерираното въртене на работните механизми на оборудването, което се осигурява от този мотор.

Работата на асинхронни електродвигатели се основава на закона за електромагнитната индукция, който твърди, че електродвижеща сила може да възникне само при условия на разлика в скоростите на въртене на ротора и магнитното поле на статора. По този начин, ако тези скорости бяха равни, ем нямаше да се появи, но въздействието върху вала на такива "инхибиращи" фактори като натоварването и триенето на лагерите винаги създава достатъчно условия за работа.

Синхронно

Дизайнът на синхронни електродвигатели с променлив ток е малко по-различен от устройството на асинхронните аналози. При тези машини роторът се върти около оста си със скорост, равна на скоростта на въртене на магнитното поле на статора. Роторът или котвата на тези устройства също е оборудван с намотки, които са свързани един към друг един към друг и към въртящия се колектор към други. Подложките за контакт на колектора са монтирани така, че в даден момент от времето е възможно да се захранва чрез графитни четки само до два противоположни контакта.

Принципът на работа на синхронните двигатели:

  1. Взаимодействието на магнитния поток в намотката на статора с тока на ротора има въртящ момент.
  2. Посоката на магнитния поток се променя едновременно с посоката на променливия ток, като по този начин се поддържа въртенето на изходящия вал в една посока.
  3. Настройването на желаната скорост се регулира чрез регулиране на входното напрежение. Най-често във високоскоростното оборудване, например перфораторите и прахосмукачките, тази функция се извършва от реостат.

Най-честите причини за отказ на синхронни електродвигатели са:

  • износване на графитни четки или отслабване на пружината под налягане;
  • износване на лагери на валовете;
  • колектор замърсяване (почиства с шкурка или алкохол).

История на изобретението

Изобретението на най-простия начин за преобразуване на енергията от електрически към механичен принадлежи на Майкъл Фарадей. През 1821 г. този велик английски учен провежда експеримент с диригент, потопен в съд с живак, в дъното на който е разположен постоянен магнит. След като нанесе електричество на проводника, той започна да се движи, въртящ се в съответствие с линиите на магнитното поле. Днес този опит често се извършва в уроци по физика, като замести живака със саламура.

По-нататъшното проучване на проблема доведе до създаването на Питър Барлоу през 1824 г. на еднополюсен двигател, наречен Barlow Wheel. Дизайнът му включва две предавки, изработени от мед, разположени на същата ос между постоянните магнити. След прилагане на ток към колелата, в резултат на взаимодействието с магнитните полета, колелата започват да се въртят. По време на експериментите ученият установи, че посоката на въртене може да се промени чрез промяна на полярността (пермутация на магнити или контакти). Практическото приложение на "Barlow Wheel", но играе важна роля в изследването на взаимодействието на магнитните полета и заредените проводници.

Първият работен образец на устройството, станал родоначалник на съвременните двигатели, е създаден от руския физик Борис Семенович Джейкоби през 1834 г. Принципът на използване на въртящ се ротор в магнитно поле, демонстриран в това изобретение, е почти непроменен, прилаган от съвременните DC мотори.

Но създаването на първия двигател с асинхронен принцип на действие принадлежи на двама учени едновременно - Никола Тесла и Галилео Ферарис, които с щастливо съвпадение демонстрираха своите изобретения за една година (1888 г.). Няколко години по-късно двуфазен електродвигател с променлив ток, създаден от Никола Тесла, вече се използва в няколко електроцентрали. През 1889 г. руският електроинженер Михаил Озипович Доливо-Доброволски подобри изобретенията на Тесла за работа в трифазна мрежа, благодарение на която успя да създаде първия асинхронен двигател с променлив ток с мощност над 100 вата. Той също така принадлежи към изобретението на методите, използвани за свързване на фазите в трифазни електрически мотори: "звезда" и "триъгълник", стартови резистори и трифазни трансформатори.

Свързване към еднофазни и трифазни източници на захранване

Според вида на захранващата мрежа, двигателите за променлив ток се класифицират в еднофазни и трифазни.

Свързването на асинхронни монофазни двигатели го прави много лесно - за да направите това, достатъчно е да свържете фазовите и неутрални кабели на еднофазна 220V мрежа към двата изхода на корпуса. Синхронните двигатели могат да се захранват от този тип мрежа, но връзката е малко по-сложна - необходимо е да се свържат намотките на ротора и статора, така че техните еднополюсни магнетизиращи контакти да са разположени един срещу друг.

Свързването към трифазна мрежа е малко по-сложно. На първо място, трябва да се отбележи, че клемната кутия съдържа 6 терминала - двойка за всяка от трите намотки. На второ място, тя дава възможност да се използва един от двата метода на свързване ("звезда" и "триъгълник"). Неправилното свързване може да доведе до повреда на двигателя при топене на намотките на статора.

Основната функционална разлика между "звезда" и "триъгълник" е разликата в потреблението на енергия, което се прави, за да се даде възможност машината да се превърне в трифазни мрежи с различни линейни напрежения - 380V или 660V. В първия случай, намотките трябва да бъдат свързани по схемата "триъгълник", а във втората - "звезда". Такова правило за включване позволява и в двата случая да има напрежение от 380V върху намотките на всяка фаза.

На съединителния панел са разположени щифтовете на намотката, така че джъмперите, които се използват за включване, не се пресичат помежду си. Ако клемната кутия на двигателя съдържа само три скоби, тя е проектирана да функционира от едно напрежение, което е посочено в техническата документация, а намотките са свързани във вътрешността на устройството.

Предимства и недостатъци на електродвигателите с променлив ток

Днес сред всички електродвигатели устройствата за променлив ток заемат водеща позиция по отношение на използването в електроцентралите. Те имат нисък разход, лесен за поддържане дизайн и ефективност от поне 90%. В допълнение, устройството ви позволява плавно да променяте скоростта на въртене, без да прибягвате до допълнително оборудване, като например скоростни кутии.

Основният недостатък на AC двигателите с асинхронен принцип на работа е фактът, че е възможно да се регулира тяхната скорост на вала само чрез промяна на входната честота на тока. Не е възможно да се постигне постоянна скорост на въртене и също така да се намали мощността. Асинхронните електродвигатели се характеризират с високи изходни токове, но с нисък начален въртящ момент. За да се коригират тези недостатъци, се използва честотно задвижване, но цената му противоречи на едно от основните предимства на тези двигатели - ниска цена.

приложение

Днес електродвигателите със спецификация на променлив ток са често срещани във всички области на промишлеността и поминъка. В електроцентралите те се инсталират като генератори, използвани в производствено оборудване, автомобилни и дори битови уреди. Днес във всеки дом може да намерите поне едно устройство с електрически мотор с променлив ток, например пералня. Причините за такава голяма популярност са гъвкавост, издръжливост и лекота на поддръжка.

Сред асинхронните електрически машини най-често се срещат устройства с трифазна спецификация. Те са най-добрият вариант за използване в много енергийни блокове, генератори и инсталации с висока мощност, чиято работа е свързана с необходимостта да се контролира скоростта на въртене на вала.

Устройството и принципът на работа на електродвигателя

Електрическият мотор е електрическо устройство за преобразуване на електрическата енергия в механична енергия. Днес електродвигателите се използват широко в промишлеността за шофиране на различни машини и механизми. В домакинството те се инсталират в перална машина, хладилник, сокоизтисквач, кухненски робот, вентилатори, електрически бръсначи и т.н. Електрически мотори, които се задвижват, устройства и механизми, свързани с него.

В тази статия ще говоря за най-често срещаните типове и принципи на работа на променливотокови електромотори, широко използвани в гаража, в домакинството или работилницата.

Как работи електромоторът

Двигателят се основава на ефекта, открит от Майкъл Фарадей през 1821 година. Той направи откритието, че при взаимодействието на електрически ток в проводник и магнит може да се случи непрекъснато въртене.

Ако една рамка е поставена във вертикално магнитно поле в еднаква позиция и ток преминава през нея, тогава ще се появи електромагнитно поле около проводника, което ще взаимодейства с полюсите на магнитите. От една рамка ще бъде отблъсната, а другата е привлечена.

В резултат на това рамката ще се обърне към хоризонтално положение, при което ефектът на магнитното поле върху проводника ще бъде нулев. За да продължи ротацията, трябва да добавите друга рамка под ъгъл или да промените посоката на тока в кадъра в подходящия момент.

На фигурата това се прави с помощта на два полукръга, които прилепват към контактните пластини от батерията. В резултат на това, след като направите половин оборот, полярността се променя и въртенето продължава.

При съвременните електрически двигатели вместо постоянни магнити се използват индуктивни намотки или електромагнити за създаване на магнитно поле. Ако разглобите някой мотор, тогава ще видите бобини от рана тел, покрити с изолационен лак. Тези намотки са електромагнит или, както се наричат ​​възбуждащата намотка.

В ежедневието същите постоянни магнити се използват в детски играчки на батерии.

При други, по-мощни двигатели се използват само електромагнити или намотки. Ротационната част с тях се нарича ротор, а фиксираната част е статор.

Видове електродвигатели

Днес има доста електрически двигатели с различен дизайн и типове. Те могат да бъдат разделени по вид захранване:

  1. AC захранва директно от мрежата.
  2. DC, захранвани от батерии, батерии, захранващи устройства или други източници на постоянен ток.

Според принципа на работа:

  1. Синхронна, в която има намотка върху ротора и механизъм за четка за подаване на електрически ток.
  2. Асинхронни, най-лесният и най-разпространеният тип мотор. Те нямат четки и намотки на ротора.

Синхронният мотор се върти синхронно с магнитно поле, което го върти, а с асинхронен двигател роторът се върти по-бавно от въртящото се магнитно поле в статора.

Принципът на работа и асинхронен двигател на устройството

В случай на асинхронен двигател, намотките на статора са подредени (за 380 волта ще има 3), които създават въртящо се магнитно поле. Техните краища за свързване се показват на специален терминален блок. Намотките се охлаждат благодарение на вентилатора, монтиран на вала в края на електрическия мотор.

Роторът, който е неразделна част от вала, е направен от метални пръти, които са затворени помежду си от двете страни, поради което се нарича късо съединение.
Благодарение на този дизайн се премахва необходимостта от честа периодична поддръжка и подмяна на четките за захранване, надеждността, дълготрайността и надеждността се умножават.

Като правило основната причина за асинхронното счупване на двигателя е износването на лагерите, в които валът се върти.

Принципът на действие. За да работи асинхронен двигател, е необходимо роторът да се върти по-бавно от електромагнитното поле на статора, в резултат на което се индуцира електромагнитната вълна (електрически ток) в ротора. Тук важното условие е, ако роторът се завърти със същата скорост като магнитното поле, а в него, съгласно закона за електромагнитната индукция, няма да има ЕМП и следователно няма да има въртене. Но в действителност, поради триенето на лагерите или натоварването на вала, роторът винаги ще се върти по-бавно.

Магнитните полюси постоянно се въртят в намотките на двигателя и посоката на тока в ротора непрекъснато се променя. В един момент във времето например, посоката на токовете в статора и намотките на ротора е показана схематично под формата на кръстове (текущия поток от нас) и точки (токът тече от нас). Ротационното магнитно поле е изобразено с пунктирана линия.

Например, как циркуляр работи. Нейният най-голям оборот не е натоварен. Но веднага щом започнем да рязаме дъската, скоростта на въртене намалява и в същото време роторът започва да се върти по-бавно по отношение на електромагнитното поле и в съответствие със законите на електротехниката започва да предизвиква още по-голяма ЕМП стойност. Токът, погълнат от двигателя, расте и започва да работи при пълна мощност. Ако натоварването на вала е толкова голямо, че спира, тогава може да възникне повреда на късо съединение на ротора поради максималната стойност на индуцираната в него емф. Ето защо е важно да изберете двигателя, подходящо захранване. Ако вземем повече, консумацията на енергия няма да бъде оправдана.

Скоростта на въртене на ротора зависи от броя на полюсите. При 2 полюса скоростта на въртене ще бъде равна на скоростта на въртене на магнитното поле, равна на максимум 3000 оборота в секунда при честота на мрежата 50 Hz. За да намалите скоростта наполовина, е необходимо да увеличите броя на полюсите в статора до четири.

Значителен недостатък на асинхронните двигатели е, че те се подават, за да регулират скоростта на въртене на вала само чрез промяна на честотата на електрически ток. И така, не е възможно да се постигне постоянна честота на въртене на вала.

Принципът на работа и устройството на синхронен променливотоков електродвигател

Този тип електродвигател се използва в ежедневния живот, където се изисква постоянна скорост на въртене, възможността за регулиране, както и ако е необходима скорост на въртене над 3000 оборота в минута (това е максималната стойност за асинхронните).

Синхронни двигатели се монтират в електроинструмент, прахосмукачка, пералня и др.

В случай на синхронно променливотоково електродвигател има намотки (3 във фигурата), които също са навити на ротора или котвата (1). Проводниците им са залепени към секторите на колекторния пръстен или колектора (5), към които се прилага напрежение с помощта на графитни четки (4). При какви изводи се намират, че четките винаги доставят напрежение само за една двойка.

Най-честите неуспехи на колекторните двигатели са:

  1. Износват лошия си контакт поради отслабването на затягащата пружина.
  2. Замърсяване на колектора Почиствайте с алкохол или с шкурка с нула.
  3. Износване на лагери.

Принципът на действие. Въртящият момент в електрическия двигател се създава в резултат на взаимодействието между тока на арматурата и магнитния поток в възбуждащата намотка. С промяна в посоката на променливия ток, посоката на магнитния поток в същото време в корпуса и в котвата също ще се промени, така че завъртането винаги ще бъде в една посока.

Регулирането на скоростта на въртене се променя, като се променя стойността на доставеното напрежение. При свредла и прахосмукачки се използва реостат или променливо съпротивление.

Промяната в посоката на въртене е същата като при DC мотори, която ще разгледам в следващата статия.

АС мотори

Електродвигателите отдавна и твърдо заемат водеща позиция сред мощностите на различните видове оборудване. Те могат да бъдат намерени в колата и във прахосмукачката, в най-сложните машини и в обикновените детски играчки. Те са почти навсякъде, въпреки че се различават по типа, структурата и характеристиките на изпълнение.

Електродвигателите са мощности, способни да преобразуват електрическата енергия в механична енергия. Има два основни вида: AC и DC мотори. Разликата между тях, както предполага името, е в типа на захранващия ток. В тази статия ще обсъдим първата форма - AC мотора

Устройство и принцип на работа

Основната движеща сила на всеки електродвигател е електромагнитната индукция. Електромагнитната индукция, за да я опишем накратко, е появата на ток в проводник, поставен в променливо магнитно поле. Източникът на променливото магнитно поле е стационарен корпус на двигателя с намотки, поставени върху него - статор, свързан към източник на променлив ток. Това е движещ се елемент - роторът, в който има ток. Според закона на Ампер, електродвижеща сила започва да действа върху зареден проводник, поставен в магнитно поле - ЕМФ, което върти роторния вал. Така, електрическата енергия, която се подава към статора, се превръща в механичната енергия на ротора. Различни механизми, които извършват полезна работа, могат да бъдат свързани с въртящ се вал.

АС двигателите са разделени на синхронни и асинхронни. Разликата между тях е, че в първия ротор и магнитното поле на статора се въртят със същата скорост и второ роторът се върти по-бавно от магнитното поле. Те се различават в устройството и принципа на работа.

Асинхронен двигател

Асинхронно моторно устройство

На статора на асинхронен мотор, намотките се фиксират, създавайки редуващи се въртящи се магнитни полета, чиито краища се извеждат към клемната кутия. Тъй като двигателят се загрява по време на работа, на неговия вал е монтиран охладител.

Роторът на асинхронния двигател е направен с вала като единица. Това са метални пръти, затворени един от друг от двете страни, поради което такъв ротор се нарича и късо съединение. По външния си вид тя прилича на клетка, така че често се нарича "катерица". По-бавното въртене на ротора в сравнение с въртенето на магнитното поле е резултат от загубата на мощност при триене на лагерите. Между другото, ако нямаше тази разлика в скоростта, емф нямаше да се случи и без него нямаше да има ток в ротора и в самата ротация.

Магнитното поле се върти поради постоянна промяна на полюсите. В този случай посоката на тока в намотките се променя съответно. Скоростта на въртене на индукционния двигател зависи от броя на полюсите на магнитното поле.

Синхронен двигател

Синхронно моторно устройство

Синхронното моторно устройство е малко по-различно. Както подсказва името, в този двигател роторът се върти със същата скорост с магнитното поле. Тя се състои от тяло с намотки, прикрепени към него, и ротор или котва, оборудвани със същите намотки. Краищата на намотките се извеждат и фиксират върху колектора. Колекторът или колекторният пръстен се захранва с помощта на графитни четки. В този случай краищата на намотките са разположени по такъв начин, че в същото време може да бъде приложена само една двойка напрежение.

За разлика от асинхронните ротори на синхронните двигатели, напрежението се захранва от четки, зарежда се намотки и не се предизвиква от редуващо се магнитно поле. Посоката на тока в намотките на ротора се променя успоредно с промяната в посоката на магнитното поле, така че изходящият вал винаги се върти в една посока. Синхронните електродвигатели ви позволяват да регулирате скоростта на въртене на вала, като промените стойността на напрежението. На практика реостати обикновено се използват за това.

Кратка история на творението

За първи път възможността да се превърне електричеството в механична енергия беше открита от британския учен М.Фарадей през 1821 година. Опитът му с жицата, поставен във вана с живак, оборудван с магнит, показа, че когато телта е свързана към източника на електроенергия, тя започва да се върти. Това просто преживяване със сигурност се помни от много хора около училището, обаче, живакът се заменя с безопасен саламура там. Следващата стъпка в изучаването на това явление беше създаването на еднополюсен двигател - колелото Barlow. Той никога не намери полезно приложение, но ясно показа поведението на зареден проводник в магнитно поле.

В началото на историята на електродвигателите, учените се опитаха да създадат модел с ядро, движещо се в магнитно поле, което не е в кръг, а се движи в обратен ред. Тази опция беше предложена като алтернатива на буталните двигатели. Електрическият мотор в обичайната му форма е създаден през 1834 г. от руския учен Б.С. Якоби. Той беше този, който предложи идеята за използване на котва, въртяща се в магнитно поле, и дори създаде първата работна проба.

Първият асинхронен двигател, базиран на въртящо се магнитно поле, се появява през 1870 година. Авторите на ефекта на въртящото се магнитно поле независимо един от друг са двама учени: Г. Ферарис и Н. Тесла. Последният също принадлежи към идеята за създаване на безчетков електродвигател. Според чертежите му са изградени няколко електроцентрали, използващи двуфазни AC двигатели. Следващото по-успешно развитие се оказа трифазен двигател, предложен от МО. Dolivo-Dobrovolsky. Първият му оперативен модел е пуснат през 1888 г., последван от поредица от по-модерни двигатели. Този руски учен не само описва принципа на работа на трифазен електродвигател, но също така изучава различни видове фазови връзки (делта и звезда), възможността за използване на различни напрежения на тока. Той беше този, който изобрети стартовите резистори, трифазните трансформатори, разработи електрическата схема на двигателите и генераторите.

Характеристики на AC мотора, неговите предимства и недостатъци

Днес електродвигателите са един от най-често срещаните видове електроцентрали и има много причини за това. Те имат висока ефективност от около 90%, а понякога и по-висока, доста ниска цена и прост дизайн, не излъчват вредни вещества по време на работа, позволяват плавна промяна на скоростта по време на работа, без да използват допълнителни механизми като скоростни кутии.

Сред недостатъците на всички видове електродвигатели е липсата на батерия с голям капацитет за електрическа енергия за автономна работа.

Основната разлика между мотора на променлив ток и неговия най-близък родственик - мотора DC - е, че той се захранва от променлив ток. Ако сравним тяхната функционалност, първата е по-малко мощна, трудно е да се контролира скоростта в широк обхват, тя има по-ниска ефективност.

Ако сравним асинхронни и синхронни двигатели с променлив ток, първият има по-прост дизайн и е лишен от "слаба връзка" - графитни четки. Те обикновено са първите, които се провалят, когато синхронният двигател не успее. В същото време е трудно за него да получи и регулира постоянна скорост, която зависи от натоварването. Синхронните двигатели ви позволяват да регулирате скоростта на въртене с помощта на реостати.

Обхват на приложение

АС двигателите се използват широко в почти всички области. Те са оборудвани с електроцентрали, се използват в автомобилната и машиностроенето, те са в домашни уреди. Опростеността на дизайна, надеждността, издръжливостта и висока ефективност ги прави почти универсални.

Асинхронните мотори са намерили приложение в задвижващи системи на различни машини, машини, центрофуги, вентилатори, компресори, както и домакински уреди. Трифазните асинхронни двигатели са най-често срещаните и популярни. Синхронните двигатели се използват не само като задвижващи агрегати, но и за генератори, както и за задвижване на големи инсталации, където е важно да се контролира скоростта.

Електрическа схема на двигателя

АС двигателите са трифазни и еднофазни.
Асинхронните еднофазни двигатели имат 2 изхода на корпуса и лесно се свързват към мрежата. защото цялата домакинска електрическа мрежа е предимно еднофазен 220V и има 2 проводника - фаза и нула. С синхронно, всичко е много по-интересно, те също могат да бъдат свързани чрез 2 проводника, достатъчно е да се свържат роторът и статорните намотки. Но те трябва да бъдат свързани по такъв начин, че намотките на еднополюсната магнетизация на ротора и статора да са разположени един срещу друг.
Трудности са двигателите за 3ex фазова мрежа. Е, първо, такива двигатели имат главно 6 клема в клемната кутия и това означава, че намотките на мотора трябва да бъдат свързани самостоятелно и второ, техните намотки могат да бъдат свързани по различни начини - от типа "звезда" и "триъгълник". Фигурата по-долу показва връзката на скобите в клемната кутия, в зависимост от вида на свързване на намотките.

Свързването на същия електродвигател по различен начин към същата електрическа мрежа ще доведе до консумация на различна мощност. Ако това не е правилното свързване на електрическия мотор, то може да доведе до топене на намотките на статора.

Обикновено асинхронните двигатели са проектирани да бъдат свързани към трифазна мрежа при две различни напрежения, които се различават по време. Например, моторът е проектиран да бъде свързан към мрежата при напрежение 380/660 V. Ако мрежовото напрежение в мрежата е 660 V, тогава статорната намотка трябва да бъде свързана със звезда, а ако е 380 V, след това с триъгълник. И в двата случая напрежението на намотката на всяка фаза ще бъде 380 V. Изходите на фазовите намотки се поставят върху панела по такъв начин, че свързването на фазовите намотки да може да се осъществи удобно с помощта на джъмпери, без да се пресичат. При някои двигатели с малка мощност има само три скоби в клемната кутия. В този случай моторът може да бъде включен в мрежата за едно напрежение (статорната намотка на такъв мотор е свързана със звезда или триъгълник вътре в двигателя).

Схемата за включване в трифазната мрежа на индукционен двигател с фазов ротор е показана на фигурата. Роторната намотка на този двигател е свързана с начален резистор YAR, създавайки допълнително съпротивление R в роторната веригаДОБАВЕНА.

AC моторно устройство и принцип на работа

Акумулаторна работа

От името следва, че характеристика на този вид електродвигатели (ED) е, че те работят на променлив ток. Ако при постоянен ток електрическите частици следват само в една посока и могат да променят интензитета си в определена точка от времето (разликата в потенциала или напрежението), тогава променлив ток има други характеристики, като честота, форма и продължителност. Какво повлия на дизайна и принципа на работа на AC двигателите. В статията ще анализираме основните аспекти на работата на променлив ток ED.

Класификация на двигателя и принцип на работа

АС двигателите са електрически устройства, които са вид преобразуватели на електрическа енергия, принципът на който се основава на електромагнитните сили на Лоренц и феномена на електромагнитната индукция. AC захранва. ED и алтернаторите съгласно принципа на действие се класифицират в синхронни и асинхронни. Какво би било ясно за допълнително обяснение, което искам да кажа за следното.

Основната отличителна черта на електрическите машини с променлив ток е, че електрическата енергия се превръща в механична енергия или обратно, използвайки взаимодействие с магнитно поле, едната от които е въртяща, динамична (генерирана при движение на променлив ток и друго поле е статично, постоянно. получавайки движението на ротора, движещото се поле трябва да взаимодейства с константата, което създава механично движение на ED-вала.

Общият принцип на работа на асинхронна електрическа машина е както следва. Три намотки се навиват на статора ED, към който са свързани три фази. От курса на електротехниката, ние знаем, че трифазният ток е циклична промяна в големината на тока и напрежението, плавно протичащи през синусоида. Тоест, максималната мощност плавно тече от една точка, навита на друга, е ясно, че в същото време, от другата страна на синусоида ще има минимална мощност. Така че, когато се прилага трифазно напрежение към статорните намотки на асинхронно ЕД, в резултат имаме ротационно магнитно поле, чиято честота е равна на честотата на електрозахранващата мрежа, в Русия е 50 Hz.

От курса на физиката и общо електротехниката знаем, че когато проводникът се движи в редуващо се магнитно поле, в неговите краища се генерира потенциална разлика и ако неговите краища са свързани към която и да е верига, то през него протича ток, образувайки около себе си свое собствено магнитно поле. Този принцип на работа се намира в асинхронни електрически машини. Вътре има ротор с късо съединение. В ротационното магнитно поле се появява емф и той създава свое собствено магнитно поле, което се отблъсква от статорното поле.

Асинхронен двигател. Устройство и принцип на работа

Работата на асинхронен двигател се основава на принципите на физическото взаимодействие на магнитното поле, появяващо се в статора, с тока, който генерира това поле в намотката на ротора.

Синхронното ЕД няма такова закъснение. Там, полето на индуктора, като се придържа към въртящото се поле на арматурата, което води до едновременното действие на двете магнитни полета. Ако в асинхронното статично поле е следствие от динамиката, в синхрон в определен смисъл, причините за появата на въртящи се полета и статичните полета са независими една от друга, но тяхното взаимодействие позволява работата на променлив ток ED.

Синхронен двигател. Принцип на действие

Синхронен двигател е тип електродвигатели, които работят само при променливо напрежение, а скоростта на въртене на ротора съвпада с честотата на въртене на магнитното поле. Ето защо той остава постоянен независимо от натоварването, тъй като роторът на синхронен двигател е общ електромагнит и броят на полюсните двойки съвпада с броя на двойките полюси на въртящото се магнитно поле. Следователно, взаимодействието на тези полюси осигурява постоянството на ъгловата скорост, с която роторът се завърта.

Устройство, принцип на действие на асинхронен двигател

Асинхронен двигател е AC машина. Думата "асинхронна" означава не-едновременна. В този случай се разбира, че в асинхронните двигатели честотата на въртене на магнитното поле се различава от честотата на въртене на ротора. Основните части на машината са статор и ротор, отделени една от друга с еднаква въздушна междина.

Фиг.1. Асинхронни двигатели

Статорът е фиксирана част на машината (фиг.1, а). За да се намалят загубите от вихрови токове, сърцевината му е съставена от пресовани листове от електрическа стомана с дебелина от 0.35 - 0.5 мм, изолирани един от друг от слой лак. Намотка се полага в процепите на магнитната верига на статора. При трифазни двигатели намотката е трифазна. Фазите на намотката могат да бъдат свързани в звезда или триъгълник, в зависимост от големината на мрежовото напрежение.

Роторът е ротационна част на двигателя. Магнитната сърцевина на ротора е цилиндър, изработен от щамповани листове от електрическа стомана (фиг.1, б. С). В гнездата на ротора се поставя намотка, в зависимост от вида на намотката, роторите на асинхронните двигатели са разделени на късо съединение и фаза (с хлъзгащи пръстени). Краткотрайна намотка е неизолирана медна или алуминиева пръчка (фиг.1, d), свързана с краищата на пръстените от същия материал ("катерица с катерици").

Във фазовия ротор (виж фиг.1, с) в процепите на магнитната верига има трифазна намотка, фазите на която са свързани със звезда. Свободните краища на фазите на намотката са свързани с три медни приплъзващи пръстена, монтирани на вала на двигателя. Плъзгащите пръстени са изолирани един от друг и от вала. Към пръстените се притискат въглеродни или медни графитни четки. Чрез контактните пръстени и четките в намотката на ротора можете да включите трифазен стартов и регулиращ реостат.

Превръщането на електрическата енергия в механична енергия в асинхронен двигател се осъществява чрез въртящо се магнитно поле. Ротационното магнитно поле е постоянен поток, въртящ се в пространството с постоянна ъглова скорост.

Необходимите условия за възбуждане на въртящо се магнитно поле са:

- пространствено отместване на осите на статорните бобини,

- времево отместване на токове в статорните бобини.

Първото изискване се удовлетворява от подходящото разположение на магнитните бобини върху магнитната сърцевина на статора. Фазовата ос на намотката е изместена в пространството под ъгъл от 120 °. Второто условие е осигурено от захранването на статорните намотки на трифазна система за напрежение.

Когато двигателят е включен в трифазна мрежа, в статорната намотка е установена система от токове със същата честота и амплитуда, чиито периодични промени се правят със закъснение от 1/3 от периода.

Токовете на фазите на намотката създават магнитно поле, въртящо се спрямо статора с честота n1. оборотите, които се наричат ​​синхронни обороти на двигателя:

където f1 - честота на захранване, Hz;

р е броят на двойките полюси на магнитното поле.

При стандартната честота на мрежата Hz, честотата на въртене на полето според формулата (1) и в зависимост от броя на двойките полюси има следните стойности:

При завъртане полето преминава през проводниците на намотката на ротора, предизвиквайки емф в тях. При затваряне на намотката на ротора EMF причинява течения, когато взаимодейства с въртящо се магнитно поле, възниква въртящ се електромагнитен момент. Честотата на въртене на ротора в режим на двигател на асинхронната машина винаги е по-малка от честотата на въртене на полето, т.е. роторът закъснява зад ротационното поле. Само при това условие EMF се индуцира в роторните проводници, потокът на тока и въртящият момент се създават. Феноменът на закъснението на ротора от магнитното поле се нарича приплъзване. Степента на закъснение на ротора от магнитното поле се характеризира с големината на относителното приплъзване

където n2 - скорост на ротора, об

За асинхронни двигатели плъзгането може да варира от 1 (старт) до стойност близка до 0 (празен ход).

185.154.22.117 © studopedia.ru не е автор на материалите, които са публикувани. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни.

АСТ моторно устройство

Електродвигателите са електрически машини, използвани за преобразуване на електрическата енергия в механична енергия. Общата класификация ги разделя на типа на захранващия ток към двигателите за постоянен и променлив ток. Статията по-долу разглежда електродвигателите със спецификация на променлив ток, техните типове, отличителни характеристики и предимства.

За обща информация препоръчваме да прочетете отделната статия относно принципите на работа на електродвигателите.

Променливотоков двигател с промишлен тип

Принцип на преобразуване на енергия

Сред електродвигателите, използвани във всички отрасли и битови уреди, най-често срещани са AC мотори. Те се намират в почти всяка сфера на живота, от детски играчки и перални до автомобили и мощни производствени машини.

Принципът на действие на всички електродвигатели се основава на Закона за електромагнитна индукция на Фарадей и на Закона за Ампер. Първият от тях описва ситуацията, когато се генерира електродвижеща сила върху затворен проводник, разположен в променящо се магнитно поле. При двигателите това поле се създава чрез намотките на статора, през които тече променлив ток. Вътре в статора (който представлява тялото на устройството) е движещ елемент на двигателя - ротора. На него и има ток.

Ротацията на ротора се обяснява с амперския закон, който гласи, че електрическите заряди, течащи през проводник в магнитното поле, са засегнати от сила, която ги движи в равнина, перпендикулярна на силите на това поле. Просто казано, проводникът, който в дизайна на двигателя е ротор, започва да се върти около оста си и се фиксира върху вала, към който са свързани работните механизми на оборудването.

Видове двигатели и тяхното устройство

AC електродвигателите имат различно устройство, благодарение на което е възможно да се създадат машини със същата скорост на ротора спрямо магнитното поле на статора и такива машини, при които роторът изостава зад въртящото се поле. Според този принцип тези двигатели са разделени на съответните типове: синхронни и асинхронни.

индукция

Основата на дизайна на асинхронен двигател е двойка от най-важните функционални части:

  1. Статорът е блок с цилиндрична форма, изработен от стоманени листове с жлебове за полагане на проводими намотки, чиито оси са разположени под ъгъл от 120 ° спрямо другия. Полюсите на намотките преминават към клемната кутия, където те са свързани по различен начин в зависимост от необходимите параметри на двигателя.
  2. Ротор. При проектирането на асинхронни електродвигатели се използват ротори от два вида:
    • Накъсо. Тя се нарича така, защото е направена от няколко алуминиеви или медни пръчки, късо съединение с крайни пръстени. Този дизайн, който е текущата носеща намотка на ротора, се нарича "катерица с катерици" в електрическата механика.
    • Фаза. На ротори от този тип е инсталирана трифазна намотка, подобна на намотката на статора. Най-често, краищата на проводниците си отиват в зоната на терминала, където те са свързани с "звезда", а свободните краища са свързани с контактните пръстени. Фазовият ротор ви позволява да добавите допълнителен резистор към намотката с помощта на четки, което ви позволява да промените съпротивлението, за да намалите началните токове.

В допълнение към описаните ключови елементи на асинхронен електродвигател, неговият дизайн включва също вентилатор за охлаждане на намотките, клемна кутия и вал, предаващи генерираното въртене на работните механизми на оборудването, което се осигурява от този мотор.

Работата на асинхронни електродвигатели се основава на закона за електромагнитната индукция, който твърди, че електродвижеща сила може да възникне само при условия на разлика в скоростите на въртене на ротора и магнитното поле на статора. По този начин, ако тези скорости бяха равни, ем нямаше да се появи, но въздействието върху вала на такива "инхибиращи" фактори като натоварването и триенето на лагерите винаги създава достатъчно условия за работа.

Синхронно

Дизайнът на синхронни електродвигатели с променлив ток е малко по-различен от устройството на асинхронните аналози. При тези машини роторът се върти около оста си със скорост, равна на скоростта на въртене на магнитното поле на статора. Роторът или котвата на тези устройства също е оборудван с намотки, които са свързани един към друг един към друг и към въртящия се колектор към други. Подложките за контакт на колектора са монтирани така, че в даден момент от времето е възможно да се захранва чрез графитни четки само до два противоположни контакта.

Принципът на работа на синхронните двигатели:

  1. Взаимодействието на магнитния поток в намотката на статора с тока на ротора има въртящ момент.
  2. Посоката на магнитния поток се променя едновременно с посоката на променливия ток, като по този начин се поддържа въртенето на изходящия вал в една посока.
  3. Настройването на желаната скорост се регулира чрез регулиране на входното напрежение. Най-често във високоскоростното оборудване, например перфораторите и прахосмукачките, тази функция се извършва от реостат.

Най-честите причини за отказ на синхронни електродвигатели са:

  • износване на графитни четки или отслабване на пружината под налягане;
  • износване на лагери на валовете;
  • колектор замърсяване (почиства с шкурка или алкохол).

Трифазен алтернатор

История на изобретението

Изобретението на най-простия начин за преобразуване на енергията от електрически към механичен принадлежи на Майкъл Фарадей. През 1821 г. този велик английски учен провежда експеримент с диригент, потопен в съд с живак, в дъното на който е разположен постоянен магнит. След като нанесе електричество на проводника, той започна да се движи, въртящ се в съответствие с линиите на магнитното поле. Днес този опит често се извършва в уроци по физика, като замести живака със саламура.

По-нататъшното проучване на проблема доведе до създаването на Питър Барлоу през 1824 г. на еднополюсен двигател, наречен Barlow Wheel. Дизайнът му включва две предавки, изработени от мед, разположени на същата ос между постоянните магнити. След прилагане на ток към колелата, в резултат на взаимодействието с магнитните полета, колелата започват да се въртят. По време на експериментите ученият установи, че посоката на въртене може да се промени чрез промяна на полярността (пермутация на магнити или контакти). Практическото приложение на "Barlow Wheel", но играе важна роля в изследването на взаимодействието на магнитните полета и заредените проводници.

Първият работен образец на устройството, станал родоначалник на съвременните двигатели, е създаден от руския физик Борис Семенович Джейкоби през 1834 г. Принципът на използване на въртящ се ротор в магнитно поле, демонстриран в това изобретение, е почти непроменен, прилаган от съвременните DC мотори.

Но създаването на първия двигател с асинхронен принцип на действие принадлежи на двама учени едновременно - Никола Тесла и Галилео Ферарис, които с щастливо съвпадение демонстрираха своите изобретения за една година (1888 г.). Няколко години по-късно двуфазен електродвигател с променлив ток, създаден от Никола Тесла, вече се използва в няколко електроцентрали. През 1889 г. руският електроинженер Михаил Озипович Доливо-Доброволски подобри изобретенията на Тесла за работа в трифазна мрежа, благодарение на която успя да създаде първия асинхронен двигател с променлив ток с мощност над 100 вата. Той също така принадлежи към изобретението на методите, използвани за свързване на фазите в трифазни електрически мотори: "звезда" и "триъгълник", стартови резистори и трифазни трансформатори.

AC система, предложена от Westinghouse

Свързване към еднофазни и трифазни източници на захранване

Според вида на захранващата мрежа, двигателите за променлив ток се класифицират в еднофазни и трифазни.

Свързването на асинхронни монофазни двигатели го прави много лесно - за да направите това, достатъчно е да свържете фазовите и неутрални кабели на еднофазна 220V мрежа към двата изхода на корпуса. Синхронните двигатели могат да се захранват от този тип мрежа, но връзката е малко по-сложна - необходимо е да се свържат намотките на ротора и статора, така че техните еднополюсни магнетизиращи контакти да са разположени един срещу друг.

Свързването към трифазна мрежа е малко по-сложно. На първо място, трябва да се отбележи, че клемната кутия съдържа 6 терминала - двойка за всяка от трите намотки. На второ място, тя дава възможност да се използва един от двата метода на свързване ("звезда" и "триъгълник"). Неправилното свързване може да доведе до повреда на двигателя при топене на намотките на статора.

Основната функционална разлика между "звезда" и "триъгълник" е разликата в потреблението на енергия, което се прави, за да се даде възможност машината да се превърне в трифазни мрежи с различни линейни напрежения - 380V или 660V. В първия случай, намотките трябва да бъдат свързани по схемата "триъгълник", а във втората - "звезда". Такова правило за включване позволява и в двата случая да има напрежение от 380V върху намотките на всяка фаза.

На съединителния панел са разположени щифтовете на намотката, така че джъмперите, които се използват за включване, не се пресичат помежду си. Ако клемната кутия на двигателя съдържа само три скоби, тя е проектирана да функционира от едно напрежение, което е посочено в техническата документация, а намотките са свързани във вътрешността на устройството.

Предимства и недостатъци на електродвигателите с променлив ток

Днес сред всички електродвигатели устройствата за променлив ток заемат водеща позиция по отношение на използването в електроцентралите. Те имат нисък разход, лесен за поддържане дизайн и ефективност от поне 90%. В допълнение, устройството ви позволява плавно да променяте скоростта на въртене, без да прибягвате до допълнително оборудване, като например скоростни кутии.

Основният недостатък на AC двигателите с асинхронен принцип на работа е фактът, че е възможно да се регулира тяхната скорост на вала само чрез промяна на входната честота на тока. Не е възможно да се постигне постоянна скорост на въртене и също така да се намали мощността. Асинхронните електродвигатели се характеризират с високи изходни токове, но с нисък начален въртящ момент. За да се коригират тези недостатъци, се използва честотно задвижване, но цената му противоречи на едно от основните предимства на тези двигатели - ниска цена.

Слабостта на синхронния двигател е неговата сложна структура. Графитните четки бързо се развалят при натоварване и също така губят тесен контакт с колектора поради отслабването на пружината под налягане. Освен това тези двигатели, както и асинхронните им колеги, не са защитени от износване на лагерите на вала. Недостатъците също така включват по-сложно стартиране, необходимостта от постоянен източник на ток и само честотно регулиране на скоростта.

приложение

Днес електродвигателите със спецификация на променлив ток са често срещани във всички области на промишлеността и поминъка. В електроцентралите те се инсталират като генератори, използвани в производствено оборудване, автомобилни и дори битови уреди. Днес във всеки дом може да намерите поне едно устройство с електрически мотор с променлив ток, например пералня. Причините за такава голяма популярност са гъвкавост, издръжливост и лекота на поддръжка.

Сред асинхронните електрически машини най-често се срещат устройства с трифазна спецификация. Те са най-добрият вариант за използване в много енергийни блокове, генератори и инсталации с висока мощност, чиято работа е свързана с необходимостта да се контролира скоростта на въртене на вала.