Tipuri de motoare electrice și proiectarea acestora. Motor comutator DC și AC. Transformarea energiei electrice în lucru mecanic

Eficiența și fiabilitatea echipamentelor depind direct de motorul electric, astfel încât selecția acestuia necesită o abordare serioasă.

Cu ajutorul unui motor electric, energia electrică este transformată în energie mecanică. Puterea, rotațiile pe minut, tensiunea și tipul de alimentare sunt principalii indicatori ai motoarelor electrice. De asemenea, indicatorii de greutate, dimensiune și energie sunt de mare importanță.

Motoarele electrice au mari avantaje. Astfel, în comparație cu motoarele termice de putere comparabilă, motoarele electrice sunt mult mai compacte ca dimensiuni. Sunt perfecte pentru instalarea în spații mici, de exemplu în echiparea tramvaielor, locomotivelor electrice și pe mașini-unelte pentru diverse scopuri.

La utilizarea lor, nu se eliberează abur sau produse de descompunere, ceea ce asigură curățenia mediului. Motoarele electrice sunt împărțite în motoare DC și AC, motoare pas cu pas, servomotoare și motoare liniare.

Motoarele electrice cu curent alternativ, la rândul lor, sunt împărțite în sincrone și asincrone.

motoare de curent continuu

Acestea sunt folosite pentru a crea transmisii electrice reglabile, cu indicatori dinamici și de performanță ridicati. Acești indicatori includ uniformitatea ridicată a rotației și capacitatea de reîncărcare. Acestea sunt utilizate pentru completarea mașinilor de fabricare a hârtiei, vopsire și finisare și de manipulare a materialelor, pentru echipamentele polimerice, instalațiile de foraj și unitățile auxiliare ale excavatoarelor. Ele sunt adesea folosite pentru echiparea tuturor tipurilor de vehicule electrice.

motoare de curent alternativ

Sunt mai solicitate decât motoarele de curent continuu. Ele sunt adesea folosite în viața de zi cu zi și în industrie. Producția lor este mult mai ieftină, designul este mai simplu și mai fiabil, iar funcționarea este destul de simplă. Aproape toate aparatele electrocasnice sunt echipate cu motoare AC. Se folosesc la mașini de spălat, hote de bucătărie etc. În industriile mari, acestea sunt utilizate pentru acționarea mașinilor-unelte, trolii pentru deplasarea sarcinilor grele, compresoare, pompe hidraulice și pneumatice și ventilatoare industriale.

Motoare pas cu pas

Ele funcționează pe principiul transformării impulsurilor electrice în mișcări mecanice de natură discretă. Cele mai multe echipamente de birou și computere sunt echipate cu ele. Astfel de motoare sunt foarte mici, dar foarte productive. Uneori, acestea sunt solicitate în anumite industrii.

Servomotoare

Se referă la motoarele de curent continuu. Sunt de înaltă tehnologie. Munca lor este realizată prin utilizarea feedback-ului negativ. Un astfel de motor este deosebit de puternic și este capabil să dezvolte o viteză mare de rotație a arborelui, a cărei reglare se realizează cu ajutorul unui software de calculator. Această funcție îl face popular la echiparea liniilor de producție și la mașinile industriale moderne.

Motoare liniare

Au capacitatea unică de mișcare rectilinie a rotorului și a statorului unul față de celălalt. Astfel de motoare sunt indispensabile pentru funcționarea mecanismelor a căror funcționare se bazează pe mișcarea înainte și alternativă a corpurilor de lucru. Utilizarea unui motor electric liniar poate crește fiabilitatea și eficiența mecanismului datorită faptului că simplifică semnificativ funcționarea acestuia și elimină aproape complet transmisia mecanică.

Motoare sincrone

Sunt un tip de motoare electrice cu curent alternativ. Frecvența de rotație a rotorului lor este egală cu frecvența de rotație a câmpului magnetic din spațiul de aer. Sunt utilizate pentru compresoare, ventilatoare mari, pompe și generatoare de curent continuu deoarece funcționează la o viteză constantă.

Motoare asincrone

De asemenea, ele aparțin categoriei motoarelor electrice cu curent alternativ. Viteza de rotație a rotorului lor diferă de frecvența de rotație a câmpului magnetic, care este creată de curentul din înfășurarea statorului. Motoarele asincrone sunt împărțite în două tipuri, în funcție de designul rotorului: cușcă de veveriță și rotor bobinat. Designul statorului este același în ambele tipuri, singura diferență este în înfășurare.

Motoarele electrice sunt indispensabile în lumea modernă. Datorită lor, munca oamenilor este mult facilitată. Utilizarea lor ajută la reducerea costului energiei umane și face viața de zi cu zi mult mai confortabilă.

Motor electric– o mașină specială (numită și convertor electromecanic), cu ajutorul căreia energia electrică este transformată în mișcare mecanică.

Un efect secundar al acestei conversii este eliberarea de căldură.

În același timp, motoarele moderne au o eficiență foarte mare, care ajunge la 98%, drept urmare utilizarea lor este mai economică în comparație cu motoarele cu ardere internă. Motoarele electrice sunt folosite în toate domeniile economiei naționale, de la uz casnic până la echipamente militare.

Motoare electrice și soiurile lor

După cum se știe din cursul de fizică școlară de bază, acesta poate fi variabil și constant. În uz casnic - curent alternativ. Bateriile, acumulatorii și alte surse de alimentare mobile furnizează curent continuu.

Rotorul cuștii de veveriță este mai frecvent.

Astfel de motoare au următoarele avantaje:

viteză de rotație relativ identică la diferite niveluri de încărcare;

nu vă temeți de suprasarcinile mecanice pe termen scurt;

design simplu;

automatizare simplă și pornire;

randament ridicat (factor de eficienta).

Motoarele cu cușcă veveriță necesită un curent mare de pornire.

Dacă este imposibil de îndeplinit această condiție, atunci se folosesc dispozitive cu rotor bobinat. Au următoarele avantaje:

cuplu de pornire bun;

insensibil la supraîncărcările de scurtă durată de natură mecanică;

viteza constantă de funcționare în prezența sarcinilor;

curent de pornire scăzut;

Dispozitivele de pornire automată sunt utilizate cu astfel de motoare;

poate modifica viteza de rotație în limite mici.

Principalele dezavantaje ale motoarelor asincrone includ faptul că viteza lor de funcționare poate fi modificată doar prin schimbarea frecvenței curentului electric.

În plus, rotația este relativă. Fluctuează în limite mici. Uneori acest lucru este inacceptabil.

Urmăriți un videoclip interesant despre motoarele electrice asincrone mai jos:

Caracteristicile motoarelor sincrone

Toate motoarele sincrone au următoarele avantaje:

Ele nu trimit sau consumă în rețea. Acest lucru le permite să fie reduse în dimensiune, menținând în același timp puterea. Un motor sincron tipic este mai mic decât un motor asincron.

În comparație cu dispozitivele asincrone, acestea sunt mai puțin sensibile la supratensiuni.

Rezistență bună la suprasarcină.

Astfel de mașini electrice sunt capabile să mențină o viteză de rotație constantă dacă nivelul de sarcină nu depășește limitele admise.

În orice butoi, există o muscă în unguent. Motoarele electrice sincrone au următoarele dezavantaje:

design complex;

pornire dificilă;

Este destul de dificil să schimbi viteza de rotație (prin modificarea valorii frecvenței curente).

Combinația tuturor acestor caracteristici face ca motoarele sincrone să fie neprofitabile la puteri de până la 100 W. Dar la niveluri mai ridicate de productivitate, mașinile sincrone se arată în toată gloria lor.

Conţinut:

Efectuarea lucrărilor mecanice este procesul principal din lumea noastră materială. Din acest motiv, apariția motoarelor electrice a devenit cel mai important eveniment în dezvoltarea civilizației umane. Aceste dispozitive au fost cele care au suportat greul producției industriale. Acest lucru a asigurat în cele din urmă așa-numita revoluție științifică și tehnologică. În orice motoare electrică, proiectarea se bazează pe descoperirea interacțiunii firelor cu curentul electric care trece prin ele.

Cititorilor noștri li se va spune despre rezultatele care au fost obținute de la această descoperire. Să ne amintim că interacțiunea firelor alimentate electric a fost descoperită de Andre Ampère în 1820. După acest eveniment, a fost creată o structură care ar putea îmbunătăți această interacțiune - un solenoid. Când o bobină cu miez feromagnetic se apropia de un magnet permanent sau de altă bobină similară, exercita o forță considerabilă asupra lor. Prin urmare, tot ce a rămas a fost să vină cu o soluție de proiectare care să maximizeze interacțiunea solenoizilor și să-i dea direcția necesară.

Transformarea energiei electrice în lucru mecanic

Cei doi solenoizi se pot atrage sau respinge. Interacțiunea lor este determinată de poli. Lucrurile cu același nume se resping, lucrurile cu același nume se atrag. Prin urmare, nu este dificil să ghiciți o soluție de proiectare care vă permite să obțineți rotația arborelui:

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

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

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

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

Sursa de curent alternativ

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

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

În acest scop, proiectarea motorului AC oferă una dintre următoarele soluții de proiectare:

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

Acționat de un câmp magnetic în mișcare

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

În caz contrar, inducția electromagnetică nu va funcționa, condiția pentru care este intersecția liniilor electrice și a conductorului. Motoarele la care vitezele de mișcare ale câmpurilor statorului și rotorului diferă unele de altele sunt numite asincrone. Motorul electric asincron, al cărui dispozitiv este prezentat mai jos, are, practic, același design al statorului, dar modele diferite ale rotorului.

Cele mai comune sunt rotorul cuștii de veveriță și un alt design numit „cușcă de veverițe”. Cea mai recentă versiune a rotorului produce o inducție mai eficientă. Cu toate acestea, designul este și mai puțin avansat din punct de vedere tehnologic. Dar aceste două tipuri de motoare asincrone au un singur dezavantaj - un curent mare de pornire.

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

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

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

Viteza de rotație a motoarelor sincrone și asincrone este determinată de frecvența tensiunii de alimentare și de numărul de perechi de poli. Această caracteristică este marele lor dezavantaj. La urma urmei, frecvența sursei de alimentare este de 50–60 Hz și, fără utilizarea unui echipament suplimentar prin care motorul va trebui conectat, este imposibil să o schimbați. Și acest lucru complică și crește semnificativ costul de instalare. Din acest motiv, într-o acţionare electrică controlată, pentru a permite o gamă largă de control al vitezei, se utilizează un alt motor, care va fi discutat mai jos.

Pentru a înțelege cum funcționează un motor electric cu un comutator, trebuie să apelați la experimente cu un cadru situat între polii magneților. Acesta este un experiment clasic pentru a demonstra interacțiunea dintre un conductor de curent și un câmp magnetic. Imaginile de mai jos arată clar rezultatul acestei interacțiuni.

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

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

Viteza rotorului acestui motor depinde doar de tensiunea de pe periile comutatorului. Dacă utilizați un electromagnet în loc de un magnet permanent, obțineți un motor universal care poate funcționa atât la tensiune constantă, cât și la cea alternativă. Polaritatea statorului și a rotorului se vor schimba simultan, menținând direcția forței de rotire a rotorului. Un motor universal este același motor care este utilizat pe scară largă în acționările cu viteză variabilă.

Un motor unipolar poate fi considerat un tip de DPT și motor universal. Designul său nu are comutator, dar are perii. Apariția dispozitivelor semiconductoare de mare putere a făcut posibilă crearea de rotoare fără inele și colectoare. Dar, în același timp, principiul de funcționare al motorului electric nu s-a schimbat.

(Doamne, ce repede trece timpul!). Subiectul de astăzi poate fi de interes pentru puțini oameni, dar dacă cineva este interesat, îi va fi foarte benefic. Sa ascultam trudnopisaka: Vă rugăm să scrieți clar despre designul motoarelor electrice de curent continuu. Puteți folosi unul dintre tipuri ca exemplu. La urma urmei, pe de o parte, principiul de funcționare este foarte simplu, dar, pe de altă parte, dacă dezasamblați unul dintre motoarele electrice, atunci există multe părți, al căror scop nu este evident. Iar pe site-urile de la începutul rezultatelor căutării există doar numele acestor detalii, în cel mai bun caz. Plănuiesc să asamblez cu copiii mei un motor electric simplu, astfel încât să îi ajute să înțeleagătehnologie și nu le era frică să o stăpânească.

Prima etapă de dezvoltare a motorului electric (1821-1832) este strâns legată de crearea unor dispozitive fizice pentru a demonstra conversia continuă a energiei electrice în energie mecanică.

În 1821, M. Faraday, studiind interacțiunea conductoarelor cu curentul și un magnet, a arătat că curentul electric determină rotația conductorului în jurul magnetului sau rotația magnetului în jurul conductorului. Experiența lui Faraday a confirmat posibilitatea fundamentală de a construi un motor electric.

A doua etapă de dezvoltare a motoarelor electrice (1833-1860) a fost caracterizată de proiecte cu mișcare de rotație a armăturii.

Thomas Davenport - fierar american, inventator, în 1833 a proiectat primul motor electric rotativ de curent continuu și a creat un model de tren condus de acesta. În 1837 a primit un brevet pentru o mașină electromagnetică.

În 1834, B. S. Jacobi a creat primul motor electric de curent continuu din lume, în care a implementat principiul rotației directe a părții în mișcare a motorului. La 13 septembrie 1838, o barcă cu 12 pasageri a plutit pe Neva împotriva curentului cu o viteză de aproximativ 3 km/h. Barca era echipată cu roți cu lame. Roțile erau antrenate de un motor electric, care primea curent de la o baterie de 320 de celule galvanice. Aceasta a fost prima dată când un motor electric a apărut pe o navă.

Testele diferitelor modele de motoare electrice au condus B. S. Jacobi și alți cercetători la următoarele concluzii:

extinderea utilizării motoarelor electrice este direct dependentă de reducerea costului energiei electrice, adică de crearea unui generator care este mai economic decât celulele galvanice;
motoarele electrice sa aiba dimensiuni cat mai mici, putere mare si randament ridicat;
Etapa de dezvoltare a motoarelor electrice este asociată cu dezvoltarea modelelor cu o armătură inelară a polilor nesălienți și un cuplu aproape constant.

A treia etapă de dezvoltare a motoarelor electrice se caracterizează prin descoperirea și utilizarea industrială a principiului autoexcitației, în legătură cu care a fost în cele din urmă realizat și formulat principiul reversibilității mașinii electrice. Motoarele electrice erau alimentate de o sursă mai ieftină de energie electrică - un generator electromagnetic de curent continuu.

În 1886, motorul electric de curent continuu a dobândit principalele caracteristici ale unui design modern. Ulterior, s-a îmbunătățit din ce în ce mai mult.

În prezent, este dificil să ne imaginăm viața omenirii fără un motor electric. Se foloseste in trenuri, troleibuze, tramvaie. Uzinele și fabricile au mașini electrice puternice. Mașini de tocat carne electrice, robote de bucătărie, mașini de tocat cafea, aspiratoare - toate acestea sunt folosite în viața de zi cu zi și sunt echipate cu motoare electrice.

Marea majoritate a mașinilor electrice funcționează pe principiul respingerii și atracției magnetice. Dacă plasați 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 printr-un conductor, curentul formează un câmp magnetic circular în jurul său pe toată lungimea firului. Direcția acestui câmp este determinată de regula șuruburilor.

Când câmpul circular al unui conductor interacționează cu câmpul uniform al unui magnet, între poli câmpul magnetic slăbește pe o parte și se întărește 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 stângii (regula dreaptă este folosită pentru generatoare, iar cea stângă). rigla de mână este potrivită numai pentru motoare). Această forță se numește „Ampere” și mărimea ei este determinată de legea lui Ampere F=BxIxL, unde B este valoarea inducției magnetice a câmpului; I – curent care circulă în conductor; L – lungimea firului.

Acest fenomen a fost folosit ca principiu de bază de funcționare al primelor motoare electrice, iar același principiu este folosit și astăzi. Motoarele de curent continuu de putere redusă folosesc magneți permanenți pentru a crea un câmp magnetic constant. La motoarele electrice de putere medie și mare, un câmp magnetic uniform este creat folosind o înfășurare de excitație sau un inductor.

Să ne uităm mai detaliat la principiul creării mișcării mecanice folosind electricitate. Ilustrația dinamică arată un motor electric simplu. Într-un câmp magnetic uniform, plasăm un cadru de sârmă vertical și trecem un curent prin el. Ce se întâmplă? Cadrul se rotește și se mișcă prin inerție un timp până ajunge în poziție orizontală. Această poziție neutră este punctul mort - locul în care efectul câmpului asupra conductorului purtător de curent este zero. Pentru ca mișcarea să continue, trebuie să adăugați cel puțin încă un cadru și să vă asigurați că direcția curentului din cadru este comutată la momentul potrivit. Videoclipul de instruire din partea de jos a paginii arată clar acest proces.

Un motor de curent continuu modern, în loc de un cadru, are o armătură cu mulți conductori așezați în caneluri și, în loc de un magnet permanent în potcoavă, are un stator cu o înfășurare de excitație cu doi sau mai mulți poli. Figura prezintă o secțiune transversală a unui motor electric cu doi poli. Principiul funcționării sale este următorul. Dacă un curent care se deplasează „departe de noi” (marcat cu o cruce) este trecut prin firele părții superioare a armăturii, iar în partea inferioară - „spre noi” (marcat cu un punct), atunci în conformitate cu stânga -regula mainii, conductorii superiori vor fi impinsi in afara campului magnetic al statorului spre stanga, iar conductorii jumatatilor de ancorare inferioare vor fi impinsi spre dreapta dupa acelasi principiu. Deoarece firul de cupru este așezat în canelurile armăturii, întreaga forță de impact va fi transferată asupra acestuia și se va roti. Apoi puteți vedea că atunci când conductorul cu direcția curentului „departe de noi” se întoarce în jos și stă vizavi de polul sud creat de stator, acesta va fi strâns la stânga și va avea loc frânarea. Pentru a preveni acest lucru, trebuie să inversați direcția curentului în fir imediat ce linia neutră este traversată. Acest lucru se face folosind un colector - un comutator special care conectează înfășurarea armăturii cu circuitul general al motorului electric.

Astfel, înfășurarea armăturii transmite cuplul arborelui motorului electric, care la rândul său antrenează mecanismele de lucru ale oricărui echipament, cum ar fi, de exemplu, o mașină pentru plasă de plasă. Deși în acest caz se folosește un motor cu inducție cu curent alternativ, principiul de bază al funcționării acestuia este identic cu cel al unui motor cu curent continuu - împinge un conductor care transportă curent dintr-un câmp magnetic. Doar un motor electric asincron are un câmp magnetic rotativ, în timp ce un motor electric de curent continuu are un câmp static.

Din punct de vedere structural, toate motoarele electrice de curent continuu constau dintr-un inductor și o armătură, separate printr-un spațiu de aer.

Inductorul (statorul) unui motor electric de curent continuu este utilizat pentru a crea un câmp magnetic staționar al mașinii și constă dintr-un cadru, poli principal și suplimentar. Cadrul servește pentru fixarea stâlpilor principali și suplimentari și este un element al circuitului magnetic al mașinii. Pe polii principali există înfășurări de excitație concepute pentru a crea un câmp magnetic al mașinii, pe polii suplimentari există o înfășurare specială care servește la îmbunătățirea condițiilor de comutare.

Armătura unui motor electric de curent continuu constă dintr-un sistem magnetic asamblat din foi separate, o înfășurare de lucru plasată în caneluri și un colector care servește la furnizarea de curent continuu înfășurării de lucru.

Colectorul este un cilindru montat pe arborele motorului și realizat din plăci de cupru izolate unele de altele. Comutatorul are proeminențe de cocoș la care sunt lipite capetele secțiunilor de înfășurare a armăturii. Curentul este extras din colector folosind perii care asigură contact de alunecare cu colectorul. Periile sunt fixate în suporturi pentru perii, care le țin într-o anumită poziție și asigură presiunea necesară a periei pe suprafața comutatorului. Periile și suporturile pentru perii sunt montate pe o traversă conectată la carcasa motorului electric.

Motorul colectorului este foarte bun. Este al naibii de ușor și flexibil de reglat. Puteți crește viteza, o reduceți, caracteristicile mecanice sunt dure, ține cuplul cu o bubuitură. Dependența este directă. Ei bine, este un basm, nu un motor. Dacă nu pentru o muscă în unguent în toată această deliciu - colecționar.

Aceasta este o unitate complexă, costisitoare și foarte nesigură. Ea scânteie, creează interferențe și se înfundă cu praful conducător de la perii. Și sub sarcină mare poate arde, formând un foc circular, iar apoi asta este, motorul este înșurubat. Va scurtcircuita totul strâns.

Dar, oricum, ce este un colecționar? De ce este nevoie de el? Mai sus spuneam ca colectorul este un invertor mecanic. Sarcina sa este de a comuta tensiunea armăturii înainte și înapoi, expunând înfășurarea fluxului.

Colectorul din mașinile electrice acționează ca redresor de curent alternativ în curent continuu (în generatoare) și ca comutator automat pentru direcția curentului în conductoarele de armătură rotative (la motoare).

Când câmpul magnetic este străbătut de doar doi conductori care formează un cadru, colectorul va fi un singur inel tăiat în două părți, izolate unul de celălalt. În general, fiecare jumătate de inel se numește placă colectoare.

Începutul și sfârșitul cadrului sunt fiecare conectat la propria placă colectoare. Periile sunt poziționate în așa fel încât una dintre ele să fie mereu conectată la conductorul care se va deplasa la polul nord, iar cealaltă la conductorul care se va deplasa la polul sud.

Orez. 2. Imagine simplificată a rezervorului

Orez. 3. Redresare AC folosind un comutator

Să dăm cadrului o mișcare de rotație în sensul acelor de ceasornic. În momentul în care cadrul rotativ ia poziția prezentată în Fig. 3, A, cel mai mare curent va fi indus în conductorii săi, deoarece conductorii traversează liniile magnetice de forță, mișcându-se perpendicular pe acestea.

Curentul indus de la conductorul B conectat la placa colector 2 va curge către peria 4 și, după ce a trecut prin circuitul extern, prin peria 3 va reveni la conductorul A. În acest caz, peria din dreapta va fi pozitivă și peria stângă negativă.

Rotirea ulterioară a cadrului (poziția B) va duce din nou la inducerea curentului în ambii conductori; cu toate acestea, sensul curentului în conductori va fi opus celui pe care îl aveau în poziţia A. Deoarece plăcile colectoare se vor roti împreună cu conductorii, peria 4 va elibera din nou curent electric către circuitul extern, iar prin peria 3 curentul va reveni în cadru.

Rezultă că, în ciuda schimbării direcției curentului în conductoarele rotative în sine, din cauza comutării efectuate de colector, direcția curentului în circuitul extern nu s-a schimbat.

În momentul următor (poziția D), când cadrul își ia din nou poziția pe linia neutră, nu va mai exista curent în conductori și, prin urmare, în circuitul extern.

În momentele de timp ulterioare, ciclul de mișcări avut în vedere se va repeta în aceeași ordine. Astfel, directia curentului indus in circuitul extern datorat colectorului va ramane tot timpul aceeasi, iar in acelasi timp polaritatea periilor va ramane aceeasi.

Ansamblul periei este necesar pentru a furniza energie electrică bobinelor de pe rotorul rotativ și pentru a comuta curentul în înfășurările rotorului. Perie - contact fix (de obicei grafit sau cupru-grafit). Periile deschid și închid plăcile de contact ale comutatorului rotorului la frecvență înaltă. Ca rezultat, în timpul funcționării DPT, în înfășurările rotorului au loc procese tranzitorii. Aceste procese duc la scântei pe colector, ceea ce reduce semnificativ fiabilitatea DPT. Pentru a reduce scânteile, se folosesc diverse metode, dintre care principala este instalarea de stâlpi suplimentari. La curenți mari, în rotorul DMT apar procese tranzitorii puternice, în urma cărora scânteia poate acoperi în mod constant toate plăcile comutatorului, indiferent de poziția periilor. Acest fenomen se numește scânteie inelă a colectorului sau „foc circular”. Scânteile inelului este periculoasă, deoarece toate plăcile colectoare se ard în același timp și durata de viață a acestuia este redusă semnificativ. Vizual, scânteia inelului apare sub forma unui inel luminos lângă colector. Efectul scânteii inelului colectorului nu este acceptabil. La proiectarea acţionărilor, sunt stabilite restricţii corespunzătoare cuplurilor maxime (şi, prin urmare, curenţii rotorului) dezvoltaţi de motor. Designul motorului poate avea una sau mai multe unităţi comutatoare perii.

Dar este deja secolul 21 și semiconductori ieftini și puternici sunt acum la fiecare pas. Deci, de ce avem nevoie de un invertor mecanic dacă îl putem face electronic? Așa e, nu e nevoie! Așa că luăm și înlocuim colectorul cu întrerupătoare de alimentare și, de asemenea, adăugăm senzori de poziție a rotorului, astfel încât să știm în ce moment să comutăm înfășurările.

Și pentru mai multă comoditate, întoarcem motorul pe dos - este mult mai ușor să rotiți un magnet sau o simplă înfășurare de excitație decât o armătură cu tot acest fleac la bord. Rotorul de aici este fie un magnet permanent puternic, fie o înfășurare alimentată de inele colectoare. Care, deși arată ca un colecționar, este mult mai fiabil decât acesta.

Și ce obținem? Dreapta! Motor DC fără perii, numit BLDC. Toate aceleași caracteristici drăguțe și convenabile ale DPT, dar fără acest colecționar urât. Și nu confundați BLDC cu motoarele sincrone. Acestea sunt mașini complet diferite și au principii diferite de funcționare și control, deși structural sunt FOARTE asemănătoare și același sincronizator poate funcționa cu ușurință ca un BLDC, adăugând doar senzori și un sistem de control. Dar asta este o cu totul altă poveste. mai multe despre el.

Continuând subiectul motorului de curent continuu, trebuie remarcat faptul că principiul de funcționare al motorului electric se bazează pe inversarea curentului de 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. Același lucru se va întâmpla dacă schimbăm locurile contactelor periei care furnizează energie de la sursă la înfășurarea armăturii. Dar dacă schimbați „+” „-” atât aici, cât și acolo, direcția de rotație a arborelui nu se va schimba. Prin urmare, în principiu, curentul alternativ poate fi folosit pentru a alimenta un astfel de motor, deoarece curentul din inductor și armătură se va schimba simultan. În practică, astfel de dispozitive sunt rareori folosite.

Cred că mulți dintre voi care s-au interesat de motoare au observat că acestea au un curent de pornire pronunțat, când motorul la pornire poate smuci acul ampermetrului, de exemplu, la un amper, iar după accelerare curentul scade la aproximativ 200 mA. .

De ce se întâmplă asta? Așa funcționează back emf. Când motorul este oprit, curentul care poate trece prin el depinde doar de doi parametri - tensiunea de alimentare și rezistența înfășurării armăturii. Deci, este ușor să aflați curentul maxim pe care îl poate dezvolta motorul și pentru care trebuie calculat circuitul. Este suficient să măsurați rezistența înfășurării motorului și să împărțiți tensiunea de alimentare la această valoare. Pur și simplu prin legea lui Ohm. Acesta va fi curentul maxim de pornire.

Dar pe măsură ce accelerează, începe un lucru amuzant: înfășurarea armăturii se mișcă peste câmpul magnetic al statorului și în el este indus un EMF, ca într-un generator, dar este îndreptat opus celui care rotește motorul. Și, ca urmare, curentul prin armătură scade brusc, cu atât mai mult, cu atât viteza este mai mare.

Și dacă motorul este strâns mai mult pe parcurs, atunci emf-ul din spate va fi mai mare decât alimentarea, iar motorul va începe să pompeze energie în sistem, devenind un generator.

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 este realizată dintr-un număr mare de spire de sârmă subțire. Cu această conexiune, curentul comutat de colector va fi semnificativ mai mic datorită rezistenței mari, iar plăcile nu vor scântei sau arde foarte mult. Dacă faceți o conexiune în serie a înfășurărilor inductorului și armăturii, atunci înfășurarea inductorului este făcută dintr-un fir de diametru mai mare cu mai puține spire, deoarece întregul curent de armătură circulă prin înfăşurarea statorului. Cu astfel de manipulări cu o schimbare proporțională a valorilor curente și a numărului de spire, forța de magnetizare rămâne constantă, iar caracteristicile de calitate ale dispozitivului devin mai bune.

Astăzi, motoarele de curent continuu sunt rareori utilizate în producție. Printre dezavantajele acestui tip de mașini electrice se remarcă uzura rapidă a ansamblului perii-colector. Avantaje - caracteristici bune de pornire, reglare ușoară a frecvenței și direcției de rotație, simplitate a designului și controlului.

În zilele noastre, motoarele de curent continuu cu excitație independentă controlate de convertoare cu tiristoare sunt utilizate în acționările electrice industriale. Aceste unități asigură controlul vitezei pe o gamă largă. Reglarea vitezei în jos față de cea nominală se realizează prin schimbarea tensiunii pe armătură și în sus - prin slăbirea fluxului de excitație. Limitările de putere și viteză sunt determinate de proprietățile motoarelor utilizate, nu de dispozitivele semiconductoare. Tiristoarele pot fi conectate în serie sau în paralel dacă nu sunt suficient de înalte. clasa de tensiune sau curent. Curentul armăturii și cuplul sunt limitate de capacitatea de suprasarcină termică a motorului.

Principiul de funcționare:

Ansamblu Motor DC PENTRU DETALII:

Pentru cei curioși, vă pot spune mai detaliat despre sau, de exemplu, despre ce este vorba. Ei bine, doar pentru cei cărora le este sete - detalii despre . Articolul original este pe site InfoGlaz.rf Link către articolul din care a fost făcută această copie -

Definiție.

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

Fundal.

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

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

Oamenii de știință și inventatorii au lucrat la motor cu scopul de a-l folosi pentru nevoi industriale. Toate au căutat să se asigure că miezul motorului se mișcă într-un câmp magnetic într-o manieră rotațională-translațională, în felul unui piston în cilindrul unui motor cu abur. Inventatorul rus B.S. Jacobi a făcut totul mult mai simplu. Principiul de funcționare al motorului său a fost atracția și respingerea alternativă a electromagneților. Unii dintre electromagneți erau alimentați de la o baterie galvanică, iar direcția de curgere a curentului în ei nu s-a schimbat, în timp ce cealaltă parte a fost conectată la baterie printr-un comutator, datorită căruia direcția de curgere a curentului se schimba după fiecare rotație. Polaritatea electromagneților s-a schimbat și fiecare dintre electromagneții în mișcare a fost fie atras, fie respins de electromagnetul staționar corespunzător. Axul a început să se miște.

Inițial, puterea motorului era mică și se ridica la doar 15 W, după modificări, Jacobi a reușit să crească puterea la 550 W.. La 13 septembrie 1838, o ambarcațiune echipată cu acest motor a navigat cu 12 pasageri de-a lungul Nevei, împotriva curent, în timp ce dezvoltă o viteză de 3 km/h Motorul era alimentat de o baterie mare constând din 320 de celule galvanice. Puterea motoarelor electrice moderne depășește 55 kW. Pe problema achiziționării motoarelor electrice.

Principiul de funcționare.

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

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

Rotirea motorului electric

Clasificarea motoarelor electrice.

Prin mâncare:

motoare de curent continuu– alimentat de la surse DC.
motoare de curent alternativ- alimentat din surse de curent alternativ.
motoare universale– alimentat atât de curent continuu, cât și de curent alternativ.

De proiectare:

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

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

Acționat de magneți permanenți;
Cu conexiune paralelă a armăturii și înfășurărilor de câmp;
Cu o conexiune în serie a armăturii și înfășurărilor de câmp;
Cu conexiune mixtă de armătură și înfășurări de câmp;

După numărul de faze:

Fază singulară– sunt pornite manual sau au o înfășurare de pornire sau un circuit de defazare.
În două faze
Trei faze
Polifazic

Prin sincronizare:

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