Dom Metal

Sinkroni istosmjerni motori. Električni motori: što su oni? Rad sinkronih motora

Elektromotori su dizajnirani za pretvaranje električne energije u mehaničku energiju. Njihovi prvi prototipovi nastali su u 19. stoljeću, a danas su ti uređaji maksimalno integrirani u život moderno čovječanstvo. Primjeri njihove upotrebe mogu se naći u bilo kojem području života: od javnog prijevoza do kućnog mlina za kavu.

Elektromotor: pogled u presjeku

Princip pretvorbe energije

Princip rada bilo koje vrste elektromotora je korištenje elektromagnetske indukcije koja se javlja unutar uređaja nakon spajanja na mrežu. Da biste razumjeli kako se ta indukcija stvara i pokreće elemente motora, trebali biste se okrenuti školskom tečaju fizike koji objašnjava ponašanje vodiča u elektromagnetskom polju.

Dakle, ako vodič u obliku namota, po kojem se kreću električni naboji, uronimo u magnetsko polje, on će se početi okretati oko svoje osi. To je zbog činjenice da su naboji pod utjecajem mehaničke sile koja mijenja njihov položaj u ravnini okomitoj na silnice magnetskog polja. Možemo reći da ista sila djeluje na cijeli vodič.

Donji dijagram prikazuje petlju kojom teče struja koja je pod naponom i dva magnetska pola koja joj daju rotacijsko gibanje.

Upravo je ovaj obrazac interakcije između magnetskog polja i strujnog kruga uz stvaranje elektromotorne sile temelj funkcioniranja elektromotora svih vrsta. Da bi se stvorili slični uvjeti, dizajn uređaja uključuje:

Rotor (namotaj) je pokretni dio stroja, postavljen na jezgru i rotacijske ležajeve. Ona igra ulogu strujnog rotacijskog kruga.
Stator je stacionarni element koji stvara magnetsko polje koje utječe na električne naboje rotora.
Kućište statora. Opremljen montažnim utičnicama s kavezima za ležajeve rotora. Rotor je smješten unutar statora.

Da biste predstavili dizajn elektromotora, možete izraditi dijagram strujnog kruga na temelju prethodne ilustracije:

Nakon spajanja ovog uređaja na mrežu, kroz namote rotora počinje teći struja, koja pod utjecajem magnetskog polja koje nastaje na statoru daje rotaciju rotora, koja se prenosi na rotirajuću osovinu. Brzina vrtnje, snaga i drugi pokazatelji performansi ovise o specifičnom dizajnu i parametrima motora električna mreža.

Podjela elektromotora

Svi elektromotori međusobno se razvrstavaju prvenstveno prema vrsti struje koja kroz njih teče. Zauzvrat, svaka od ovih skupina također je podijeljena u nekoliko vrsta, ovisno o tehnološkim značajkama.
DC motori

Na motori male snage DC magnetsko polje stvara permanentni magnet ugrađen u tijelo uređaja, a namot armature je fiksiran na rotirajućoj osovini. Shematski dijagram DPT izgleda ovako:

Namot smješten na jezgri izrađen je od feromagnetskih materijala i sastoji se od dva dijela spojena u seriju. Njihovi su krajevi spojeni na kolektorske ploče, na koje su pritisnute grafitne četke. Jedan od njih se napaja pozitivnim potencijalom iz izvora istosmjerne struje, a drugi negativnim potencijalom.

Nakon dovođenja struje na motor, događa se sljedeće:

Struja iz donje "pozitivne" četkice dovodi se do kolektorske ploče na kontaktnu platformu na koju je spojena.
Prolaz struje kroz namot do kolektorske ploče (označene isprekidanom crvenom strelicom) spojene na gornju "negativnu" četkicu stvara elektromagnetsko polje.
Prema gimlet pravilu, magnetsko polje južnog pola pojavljuje se u gornjem desnom dijelu sidra, a sjevernog magnetskog pola pojavljuje se u donjem lijevom dijelu sidra.
Magnetska polja s istim potencijalom međusobno se odbijaju i uzrokuju rotaciju rotora, što je na dijagramu označeno crvenom strelicom.
Dizajn kolektorskih ploča dovodi do promjene smjera protoka struje kroz namot tijekom inercijske rotacije, a radni ciklus se ponovno ponavlja.

Najjednostavniji električni motor

Unatoč očitoj jednostavnosti dizajna, značajan nedostatak takvih motora je njihova niska učinkovitost zbog velikih gubitaka energije. Danas se DCDC s permanentnim magnetima koriste u jednostavnim kućanskim aparatima i dječjim igračkama.

Dizajn istosmjernih motora velike snage koji se koriste u industrijske svrhe ne uključuje upotrebu permanentnih magneta (zauzeli bi previše prostora). Ovi strojevi koriste sljedeći dizajn:

namot se sastoji od više dijelovi koji predstavljaju metalnu šipku;
svaki namot je zasebno spojen na pozitivni i negativni pol;
broj kontaktnih pločica na kolektorskom uređaju odgovara broju namota.

Time je osigurano smanjenje gubitaka električne energije glatka veza svaki namot do četkica i napajanja. Sljedeća slika prikazuje dizajn armature takvog motora:

Dizajn istosmjernih elektromotora olakšava promjenu smjera vrtnje rotora jednostavnim mijenjanjem polariteta na izvoru energije.

Funkcionalne značajke elektromotora određene su prisutnošću nekih "trikova", koji uključuju pomak četkica za prikupljanje struje i nekoliko dijagrama povezivanja.

Pomak sklopa četkica za prikupljanje struje u odnosu na rotaciju osovine događa se nakon pokretanja motora i promjene primijenjenog opterećenja. To pomaže kompenzirati "reakciju armature", učinak koji smanjuje učinkovitost stroja kočenjem osovine.

Postoje tri načina za povezivanje DPT-a:

Krug paralelne pobude uključuje paralelno spajanje nezavisnog namota, obično upravljanog reostatom. To osigurava maksimalnu stabilnost brzine rotacije i njezino glatko podešavanje. Zahvaljujući tome, paralelno pobuđeni motori imaju široku primjenu u opremi za dizanje, električnim vozilima i alatnim strojevima.
Krug serijske pobude također predviđa upotrebu dodatnog namota, ali je serijski povezan s glavnim. To omogućuje, ako je potrebno, oštro povećanje momenta motora, na primjer, na početku vlaka.
Mješoviti krug koristi obje gore opisane metode spajanja.

Bipolarni elektromotor

AC motori

Glavna razlika između ovih motora i prethodno opisanih modela je struja koja teče kroz njihove namote. Opisuje se po sinusoidnom zakonu i stalno mijenja smjer. Prema tome, ove motore pokreću izmjenični generatori.

Jedna od glavnih razlika u dizajnu je dizajn statora, koji je magnetski krug s posebnim utorima za raspored zavoja namota.

AC motori se prema principu rada dijele na sinkrone i asinkrone. Ukratko, to znači da se u prvom frekvencija vrtnje rotora poklapa s frekvencijom vrtnje magnetskog polja u statoru, ali u drugom ne.

Sinkroni motori

Rad sinkronih AC elektromotora također se temelji na principu interakcije polja koja nastaju unutar uređaja, ali u njihovom dizajnu stalni magneti pričvršćeni su na rotor, a namot je provučen duž statora. Načelo njihovog rada prikazano je sljedećim dijagramom:

Vodiči namota kroz koje prolazi struja prikazani su na slici kao okvir. Rotor se okreće na sljedeći način:

U određenom trenutku rotor na koji je pričvršćen trajni magnet nalazi se u slobodnoj rotaciji.
Na namotu, u trenutku prolaska pozitivnog poluvala, nastaje magnetsko polje s dijametralno suprotnim polovima Sst i Nst. Prikazan je na lijevoj strani gornjeg dijagrama.
Slični polovi permanentnog magneta i magnetskog polja statora međusobno se odbijaju i dovode motor u položaj prikazan na desnoj strani dijagrama.

U stvarnim uvjetima, kako bi se stvorila konstantna glatka rotacija motora, ne koristi se jedna zavojnica, već nekoliko. Oni naizmjenično propuštaju struju kroz sebe, stvarajući tako rotirajuće magnetsko polje.

Asinkroni motori

U AC asinkronom motoru, rotirajuće magnetsko polje stvaraju tri (za mrežu od 380 V) namota statora. Priključuju se na izvor napajanja preko priključne kutije, a hlade ventilatorom ugrađenim u motor.

Rotor, sastavljen od nekoliko metalnih šipki zatvorenih zajedno, kruto je povezan s osovinom, čineći s njom jednu cjelinu. Upravo zbog međusobnog povezivanja šipki ovaj tip rotora naziva se kavezni rotor. Zbog odsutnosti vodljivih četkica u ovom dizajnu, uvelike je pojednostavljen održavanje motora, povećava vijek trajanja i pouzdanost. Glavni razlog kvara motora ovog tipa je istrošenost ležajeva vratila.

Princip rada asinkronog motora temelji se na zakonu elektromagnetske indukcije - ako je brzina vrtnje elektromagnetskog polja namota statora veća od brzine vrtnje rotora, u njemu se inducira elektromotorna sila. Ovo je važno jer se na istoj frekvenciji ne pojavljuje EMF i, sukladno tome, ne dolazi do rotacije. U stvarnosti, opterećenje na osovini i otpor trenja ležajeva uvijek usporavaju rotor i stvaraju dovoljne radne uvjete.

Glavni nedostatak motora ove vrste je nemogućnost postizanja konstantne brzine osovine. Činjenica je da karakteristike rada uređaja variraju ovisno o različitim čimbenicima. Na primjer, bez opterećenja na osovini, kružna pila se okreće maksimalnom brzinom. Kada dasku prinesemo listu pile i počnemo je rezati, brzina rotacije diska osjetno se smanjuje. Sukladno tome, smanjuje se brzina rotacije rotora u odnosu na elektromagnetsko polje, što dovodi do indukcije još većeg EMF-a. Time se povećava potrošnja struje i radna snaga motora se povećava do maksimuma.

Princip rada elektromotora

Važno je odabrati motor odgovarajuće snage - premala će dovesti do oštećenja kaveznog rotora zbog prekoračenja izračunatog maksimalnog EMF-a, a previsoka će dovesti do nerazumnih troškova energije.

AC asinkroni motori dizajnirani su za rad iz trofazne električne mreže, ali se mogu spojiti i na jednofaznu mrežu. Na primjer, koriste se u perilice rublja i strojevi za kućne radionice. Monofazni motor ima približno 30% manju snagu u odnosu na trofazni motor - od 5 do 10 kW.

Zbog svoje jednostavnosti dizajna i pouzdanosti, AC asinkroni motori su najčešći ne samo u oprema za proizvodnju, ali i u kućanskim aparatima.

Univerzalni brušeni motori

U mnogima kućanski električni uređaji Potrebno je imati visoku brzinu vrtnje motora i okretni moment s malim startnim strujama i glatkim podešavanjem. Sve te zahtjeve ispunjavaju kolektorski motori, koji se nazivaju univerzalni motori. Po svojoj konstrukciji vrlo su slični istosmjernim motorima sa serijskom pobudom.

Glavna razlika od DPT-a je magnetski sustav, opremljen s nekoliko listova električnog čelika izoliranih jedan od drugog, na čije su polove spojene dvije namotane sekcije. Ovaj dizajn smanjuje zagrijavanje elemenata Foucaultovim strujama i preokretom magnetizacije.

Visoki sinkronizam magnetskih polja u univerzalnim komutatorskim motorima održava visoku brzinu vrtnje čak i pod velikim opterećenjem na vratilu. Stoga se koriste u opremi male snage, velike brzine i kućanskih aparata. Kada je podesivi transformator spojen na krug, postaje moguće glatko prilagoditi brzinu rotacije.

Glavni nedostatak takvih elektromotora je njihov nizak vijek trajanja zbog brzog trošenja grafitnih četkica.

Danas je nemoguće zamisliti ljudsku civilizaciju i društvo visoke tehnologije bez električne energije. Jedan od glavnih uređaja koji osiguravaju rad električni uređaji, je motor. Ovaj stroj ima široku primjenu: od industrije (ventilatori, drobilice, kompresori) do uporabe u kućanstvu (perilice rublja, bušilice, itd.). Ali koji je princip rada elektromotora?

Svrha

Princip rada elektromotora i njegovi glavni ciljevi su prijenos na radna tijela potrebnih tehnološki procesi mehanička energija. Sam motor ga proizvodi pomoću električne energije potrošene iz mreže. U osnovi, princip rada elektromotora je pretvaranje električne energije u mehaničku. Količina mehaničke energije koju proizvodi u jednoj jedinici vremena naziva se snaga.

Vrste motora

Ovisno o karakteristikama opskrbne mreže, mogu se razlikovati dvije glavne vrste motora: stalni i izmjenična struja. Najčešći su motori sa sekvencijalnom, neovisnom i mješovitom uzbudom. Primjeri motora uključuju sinkrone i asinkrone strojeve. Unatoč prividnoj raznolikosti, dizajn i princip rada elektromotora bilo koje namjene temelje se na interakciji vodiča s strujom i magnetskim poljem ili trajnog magneta (feromagnetskog objekta) s magnetskim poljem.

Okvir sa strujom - prototip motora

Glavna točka u takvoj stvari kao što je princip rada elektromotora može se nazvati pojavom okretnog momenta. Ovaj fenomen se može razmotriti na primjeru okvira sa strujom, koji se sastoji od dva vodiča i magneta. Struja se dovodi do vodiča preko kliznih prstenova, koji su pričvršćeni na os rotirajućeg okvira. U skladu s poznatim pravilom lijeve ruke, na okvir će djelovati sile koje će stvoriti okretni moment oko osi. Pod utjecajem te ukupne sile okretat će se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Poznato je da je ovaj moment izravno proporcionalan magnetskoj indukciji (B), (I), površini okvira (S) i ovisi o kutu između linija polja i osi potonjeg. Međutim, pod utjecajem trenutka koji se mijenja u svom smjeru, okvir će izvoditi oscilatorna kretanja. Što treba učiniti da se formira stalni smjer? Ovdje postoje dvije opcije:

promijeniti smjer električna struja u okviru i položaj vodiča u odnosu na polove magneta;
promijeniti smjer samog polja, unatoč činjenici da se okvir okreće u istom smjeru.

Prva opcija se koristi za DC motore. A drugi je princip rada AC motora.

Promjena smjera struje u odnosu na magnet

Da biste promijenili okvire struje u vodiču, potreban vam je uređaj koji bi postavio ovaj smjer ovisno o položaju vodiča. Ovaj dizajn se ostvaruje upotrebom kliznih kontakata, koji služe za napajanje okvira strujom. Kada jedan prsten zamijeni dva, kada se okvir okrene za pola kruga, smjer struje se mijenja u suprotan, ali ga zakretni moment održava. Važno je uzeti u obzir da je jedan prsten sastavljen od dvije polovice, koje su međusobno izolirane.

Dizajn istosmjernog stroja

Gornji primjer je princip rada istosmjernog motora. Pravi stroj, naravno, ima složeniji dizajn, koristeći desetke okvira koji tvore namot armature. Vodiči ovog namota smješteni su u posebne utore u cilindričnoj feromagnetskoj jezgri. Krajevi namota spojeni su na izolirane prstenove koji tvore kolektor. Namot, komutator i jezgra su armatura koja se okreće u ležajevima na tijelu samog motora. Uzbudno magnetsko polje stvaraju polovi stalnih magneta koji se nalaze u kućištu. Namot je spojen na opskrbnu mrežu, a može se uključiti neovisno o krugu armature ili serijski. U prvom slučaju, elektromotor će imati neovisnu pobudu, u drugom - sekvencijalno. Postoji i dizajn s mješovitom pobudom, kada se odjednom koriste dvije vrste spojeva namota.

Sinkroni stroj

Načelo rada je potreba za stvaranjem rotirajućeg magnetskog polja. Zatim trebate smjestiti vodiče koji teku oko konstantne struje u ovom polju u ovo polje. Princip rada sinkronog elektromotora, koji je postao vrlo raširen u industriji, temelji se na gornjem primjeru sa strujnim okvirom. Okretno polje koje stvara magnet generira sustav namota koji su spojeni na napajanje. Obično se koriste trofazni namoti, ali princip rada izmjenične struje neće se razlikovati od trofaznog, osim možda po broju samih faza, što nije značajno kada se uzme u obzir značajke dizajna. Namoti su postavljeni u utore statora s određenim pomakom po obodu. To se radi kako bi se stvorilo rotirajuće magnetsko polje u formiranom zračnom rasporu.

Sinkronizam

Vrlo važna točka je sinkroni rad elektromotora gornje izvedbe. Kada magnetsko polje djeluje u interakciji sa strujom u namotu rotora, formira se sam proces rotacije motora, koji će biti sinkroni u odnosu na rotaciju magnetskog polja formiranog na statoru. Sinkronizam će se održavati sve dok se ne postigne maksimalni okretni moment, koji je uzrokovan otporom. Kako se opterećenje povećava, stroj može izgubiti sinkronizaciju.

Asinkroni motor

Načelo rada je prisutnost rotirajućeg magnetskog polja i zatvorenih okvira (krugova) na rotoru - rotirajućem dijelu. Magnetsko polje se stvara na isti način kao kod sinkronog motora - pomoću namota koji se nalaze u utorima statora koji su spojeni na mrežu izmjenični napon. Namoti rotora sastoje se od desetak zatvorenih petlji i okvira i obično imaju dvije vrste dizajna: fazni i kratkospojeni. Princip rada AC motora je isti u obje verzije, samo se dizajn mijenja. U slučaju kaveznog rotora (poznatog i kao kavezni rotor), namot je ispunjen rastaljenim aluminijem u utore. Prilikom izrade faznog namota, krajevi svake faze izvlače se pomoću kliznih kontaktnih prstenova, jer će to omogućiti uključivanje dodatnih otpornika u krug, koji su potrebni za regulaciju brzine motora.

Vučni stroj

Princip rada vučnog motora sličan je istosmjernom motoru. Iz opskrbne mreže, struja se dovodi u Dalje, trofazna izmjenična struja se prenosi na posebne Postoji ispravljač. Pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu. Prema dijagramu, jedan od njegovih polariteta provodi se na kontaktne žice, drugi - izravno na tračnice. Mora se imati na umu da mnogi vučni mehanizmi rade na frekvenciji različitoj od utvrđene industrijske (50 Hz). Stoga koriste princip rada koji pretvara frekvencije i kontrolira ovu karakteristiku.

Preko podignutog pantografa dovodi se napon u komore u kojima se nalaze reostati za pokretanje i kontaktori. Pomoću regulatora reostati su povezani s vučnim motorima koji se nalaze na osovinama okretnih postolja. Iz njih struja teče kroz gume na tračnice i zatim se vraća u vučnu trafostanicu te tako zaokružuje električni krug.

Elektromotori su pogonski strojevi koji služe za pretvaranje električne energije u mehaničku. Opća klasifikacija ih prema vrsti napajanja dijeli na istosmjerne i izmjenične motore. Članak u nastavku govori o električnim motorima sa specifikacijama izmjenične struje, njihovim vrstama, karakteristične karakteristike i koristi.

Industrijski tip AC motora

Princip pretvorbe energije

Među elektromotorima koji se koriste u svim industrijama i kućanskim električnim aparatima, najčešći su AC motori. Nalaze se u gotovo svim područjima života - od dječjih igračaka i perilica rublja do automobila i snažnih proizvodnih strojeva.

Princip rada svih elektromotora temelji se na Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije i Amperovom zakonu. Prvi od njih opisuje situaciju kada se elektromotorna sila stvara na zatvorenom vodiču koji se nalazi u promjenjivom magnetskom polju. U motorima se to polje stvara preko namota statora kroz koje teče izmjenična struja. Unutar statora (što je tijelo uređaja) nalazi se pokretni element motora - rotor. Na njemu nastaje struja.

Rotacija rotora objašnjava se Amperovim zakonom, koji kaže da na električne naboje koji teku kroz vodič koji se nalazi unutar magnetskog polja djeluje sila koja ih pomiče u ravnini okomitoj na silnice tog polja. Jednostavno rečeno, vodič, koji je u dizajnu motora rotor, počinje se okretati oko svoje osi i učvršćuje se na osovinu na koju su povezani radni mehanizmi opreme.

Vrste motora i njihov dizajn

Elektromotori izmjenične struje imaju razni uređaj, zahvaljujući kojima je moguće stvoriti strojeve s istom brzinom rotora u odnosu na magnetsko polje statora i strojeve u kojima rotor "zaostaje" za rotirajućim poljem. Prema ovom principu, ovi motori se dijele na odgovarajuće vrste: sinkroni i asinkroni.

Asinkroni

Dizajn asinkronog elektromotora temelji se na nekoliko važnih funkcionalnih dijelova:

Stator je cilindrični blok izrađen od čeličnih limova s utorima za polaganje vodljivih namota, čije su osi smještene pod kutom od 120˚ jedna prema drugoj. Polovi namota idu do priključne kutije, gdje se spajaju na različite načine, ovisno o potrebnim radnim parametrima elektromotora.
Rotor. U dizajnu asinkronih elektromotora koriste se dvije vrste rotora:
- U kratkom spoju. Tako se zove jer je napravljen od nekoliko aluminijskih ili bakrenih šipki kratko spojenih krajnjim prstenovima. Ovaj dizajn, koji je namot rotora koji nosi struju, u elektromehanici se zove "kavez vjeverice".
- Faza. Na rotorima ovog tipa ugrađen je trofazni namot, sličan namotu statora. Najčešće, krajevi njegovih vodiča idu na stezaljku, gdje se spajaju u zvijezdu, a slobodni krajevi se spajaju na klizne prstenove. Fazni rotor omogućuje vam korištenje četkica za dodavanje dodatnog otpornika u krug namota, što vam omogućuje promjenu otpora kako biste smanjili udarne struje.

Osim opisanih ključnih elemenata asinkronog elektromotora, njegov dizajn također uključuje ventilator za hlađenje namota, priključnu kutiju i osovinu koja prenosi generiranu rotaciju na radne mehanizme opreme čiji rad osigurava ovaj motor.

Rad asinkronih elektromotora temelji se na zakonu elektromagnetske indukcije, koji kaže da elektromotorna sila može nastati samo u uvjetima razlike u brzini vrtnje rotora i magnetskog polja statora. Dakle, ako su te brzine jednake, EMF se ne bi mogao pojaviti, ali utjecaj na osovinu takvih čimbenika "kočenja" kao što su opterećenje i trenje ležaja uvijek stvara uvjete dovoljne za rad.

Sinkroni

Dizajn sinkronih AC elektromotora nešto se razlikuje od dizajna asinkronih analoga. Kod ovih strojeva rotor se okreće oko svoje osi brzinom koja je jednaka brzini vrtnje magnetskog polja statora. Rotor ili armatura ovih uređaja također je opremljena namotima, koji su jednim krajem spojeni jedan s drugim, a drugim s rotirajućim kolektorom. Kontaktne pločice na komutatoru su postavljene tako da je u određenom trenutku moguće preko grafitnih četkica napajati samo dva suprotna kontakta.

Princip rada sinkronih elektromotora:

Kada magnetski tok u namotu statora stupa u interakciju sa strujom rotora, nastaje zakretni moment.
Smjer magnetskog toka mijenja se istovremeno sa smjerom izmjenične struje, čime se održava rotacija izlazne osovine u jednom smjeru.
Željena brzina vrtnje podešava se podešavanjem ulaznog napona. Najčešće, u opremi velike brzine, kao što su rotacijski čekići i usisavači, ovu funkciju obavlja reostat.

Najčešći razlozi kvara sinkronih elektromotora su:

trošenje grafitnih četkica ili slabljenje tlačne opruge;
trošenje ležajeva vratila;
onečišćenje kolektora (očistiti brusnim papirom ili alkoholom).

Trofazni alternator

Povijest izuma

Izum najjednostavnije metode pretvaranja energije iz električne u mehaničku pripada Michaelu Faradayu. Godine 1821. ovaj veliki engleski znanstvenik izveo je pokus s vodičem spuštenim u živinu posudu na čijem je dnu ležao stalni magnet. Nakon što je na vodič doveden elektricitet, on se počeo kretati, rotirajući u skladu s tim dalekovodi magnetsko polje. Danas se ovaj eksperiment često provodi na nastavi fizike, a živa se zamjenjuje slanom vodom.

Daljnje proučavanje problema dovelo je do toga da je Peter Barlow 1824. stvorio unipolarni motor nazvan Barlow kotač. Njegov dizajn uključuje dva zupčanici izrađeni od bakra smješteni na istoj osi između permanentnih magneta. Nakon primjene struje na kotače, kao rezultat njezine interakcije s magnetskim poljima, kotači se počinju okretati. Tijekom pokusa, znanstvenik je otkrio da se smjer rotacije može promijeniti promjenom polariteta (preuređivanjem magneta ili kontakata). Praktična primjena„Barlow kolo“, ali svirano važnu ulogu u proučavanju međudjelovanja magnetskih polja i nabijenih vodiča.

Prvi radni prototip uređaja, koji je postao praotac modernih motora, stvorio je ruski fizičar Boris Semenovich Jacobi 1834. godine. Princip korištenja rotora koji rotira u magnetskom polju, prikazan u ovom izumu, koristi se gotovo nepromijenjen u modernim istosmjernim motorima.

Ali stvaranje prvog motora s asinkronim principom rada pripada odjednom dvojici znanstvenika - Nikoli Tesli i Galileu Ferrarisu, koji su sretnom slučajnošću demonstrirali svoje izume iste godine (1888.). Nekoliko godina kasnije, dvofazni izmjenični motor bez četkica koji je stvorio Nikola Tesla već se koristio u nekoliko elektrana. Godine 1889. ruski inženjer elektrotehnike Mihail Osipovič Dolivo-Dobrovolski poboljšao je Teslin izum za rad u trofaznoj mreži, zahvaljujući čemu je uspio stvoriti prvi asinkroni izmjenični motor snage veće od 100 W. Također je izumio metode koje se danas koriste za spajanje faza u trofaznim elektromotorima: "zvijezda" i "trokut", startnim reostatima i trofaznim transformatorima.

AC sustav koji je predložio Westinghouse

Priključak na jednofazne i trofazne izvore napajanja

Prema vrsti napojne mreže izmjenični elektromotori se dijele na jednofazne i trofazne.

Spajanje asinkronih jednofaznih motora vrlo je jednostavno - da biste to učinili, samo spojite fazu i neutralna žica jednofazna mreža 220V. Sinkroni motori također se mogu napajati iz ove vrste mreže, ali je spajanje malo kompliciranije - potrebno je spojiti namote rotora i statora tako da se njihovi jednopolni magnetizacijski kontakti nalaze jedan nasuprot drugog.

Spajanje na trofaznu mrežu čini se nešto kompliciranijim. Prije svega, treba obratiti pozornost da priključna kutija sadrži 6 pinova - par za svaki od tri namota. Drugo, to omogućuje korištenje jedne od dvije metode povezivanja ("zvijezda" i "delta"). Neispravno spajanje može oštetiti motor topljenjem namota statora.

Glavna funkcionalna razlika između "zvijezde" i "trokuta" je različita potrošnja energije, što je učinjeno kako bi se stroj mogao spojiti na trofazne mreže s različitim mrežnim naponima - 380V ili 660V. U prvom slučaju, namoti bi trebali biti spojeni u obliku "trokuta", au drugom slučaju u obliku "zvijezde". Ovo pravilo prebacivanja omogućuje u oba slučaja napon od 380 V na namotima svake faze.

Na priključnoj ploči stezaljke za namotaje postavljene su tako da se kratkospojnici koji se koriste za uključivanje ne križaju. Ako priključna kutija motora sadrži samo tri stezaljke, tada je projektirana za rad na jednom naponu, što je naznačeno u tehničkoj dokumentaciji, a namoti su međusobno povezani unutar uređaja.

Prednosti i nedostaci elektromotora izmjenične struje

U današnje vrijeme, među svim elektromotorima, izmjenični uređaji zauzimaju vodeće mjesto po opsegu uporabe u elektranama. Imaju nisku cijenu, dizajn lak za održavanje i učinkovitost od najmanje 90%. Osim toga, njihov uređaj omogućuje glatku promjenu brzine rotacije bez pribjegavanja dodatnoj opremi kao što su mjenjači.

Glavni nedostatak izmjeničnih motora s asinkronim principom rada je činjenica da se njihova brzina vrtnje osovine može podešavati samo promjenom frekvencije ulazne struje. To ne dopušta postizanje konstantne brzine vrtnje i također smanjuje snagu. Asinkrone elektromotore karakteriziraju velike startne struje, ali mali startni moment. Kako bi se ispravili ti nedostaci, koristi se frekventni pogon, ali njegova cijena proturječi jednoj od glavnih prednosti ovih motora - niskoj cijeni.

Slaba točka sinkronog motora je njegova složena konstrukcija. Grafitne četke prilično brzo otkazuju pod opterećenjem, a također gube čvrsti kontakt s komutatorom zbog slabljenja tlačne opruge. Osim toga, ovi motori, poput svojih asinkronih analoga, nisu zaštićeni od trošenja ležajeva vratila. Nedostaci također uključuju složenije pokretanje, potrebu za izvorom istosmjerne struje i isključivo frekvencijsku regulaciju brzine vrtnje.

Primjena

Danas su elektromotori sa specifikacijama izmjenične struje uobičajeni u svim područjima industrije i života. Instaliraju se kao generatori u elektranama i koriste se u proizvodnoj opremi, automobilskim aplikacijama, pa čak i kućanskim aparatima. Danas se u svakom domu može pronaći barem jedan uređaj s AC elektromotorom, npr. perilica za rublje. Razlozi tako velike popularnosti su svestranost, izdržljivost i jednostavnost održavanja.

Među asinkronim električni strojevi Najčešći uređaji su oni s trofaznom specifikacijom. Oni su najbolja opcija za uporabu u mnogim energetskim jedinicama, generatorima i instalacijama velike snage, čiji rad zahtijeva kontrolu brzine vrtnje osovine.

Elektromotori su uređaji u kojima se električna energija pretvara u mehaničku. Načelo njihovog rada temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije.

Međutim, način na koji magnetska polja međusobno djeluju, uzrokujući rotaciju rotora motora, značajno se razlikuju ovisno o vrsti napona napajanja - izmjeničnom ili izravnom.

Princip rada istosmjernog elektromotora temelji se na učinku odbijanja istovjetnih polova permanentnih magneta i privlačenja suprotnih polova. Prioritet njezina izuma pripada ruskom inženjeru B. S. Jacobiju. Prvi industrijski model istosmjernog motora nastao je 1838. godine. Od tada njegov dizajn nije doživio temeljne promjene.

U istosmjernim motorima male snage jedan od magneta fizički postoji. Pričvršćen je izravno na tijelo stroja. Drugi se stvara u namotu armature nakon spajanja izvora istosmjerne struje na njega. U tu svrhu koristi se poseban uređaj - jedinica komutator-četka. Sam kolektor je vodljivi prsten pričvršćen na osovinu motora. Na njega su spojeni krajevi namota armature.

Da bi se pojavio zakretni moment, polovi trajnog magneta armature moraju se stalno mijenjati. To bi se trebalo dogoditi u trenutku kada pol pređe takozvani magnetski neutral. Strukturno, ovaj problem je riješen dijeljenjem kolektorskog prstena u sektore odvojene dielektričnim pločama. Na njih se naizmjenično spajaju krajevi namota armature.

Za spajanje kolektora na napajanje koriste se takozvane četke - grafitne šipke s visokim električna vodljivost i nizak koeficijent trenja klizanja.

Namoti armature nisu spojeni na opskrbnu mrežu, već su spojeni na startni reostat preko sklopa komutator-četka. Proces uključivanja takvog motora sastoji se od spajanja na opskrbnu mrežu i postupnog smanjenja aktivnog otpora u krugu armature na nulu. Elektromotor se uključuje glatko i bez preopterećenja.

Značajke korištenja asinkronih motora u jednofaznom krugu

Unatoč činjenici da je rotirajuće magnetsko polje statora najlakše dobiti iz trofaznog napona, princip rada asinkronog elektromotora omogućuje mu da radi iz jednofazne kućne mreže ako se u njihov dizajn unesu neke promjene.

Da bi to učinio, stator mora imati dva namota, od kojih je jedan "početni" namot. Struja u njemu pomaknuta je u fazi za 90 ° zbog uključivanja reaktivnog opterećenja u krug. Najčešće za ovo

Gotovo potpuni sinkronizam magnetskih polja omogućuje motoru da dobije brzinu čak i pri značajnim opterećenjima na osovini, što je potrebno za rad bušilica, bušaćih čekića, usisavača, brusilica ili strojeva za poliranje podova.

Ako je podesivi uključen u krug napajanja takvog motora, tada se njegova frekvencija rotacije može glatko mijenjati. Ali smjer, kada se napaja iz kruga izmjenične struje, nikada se ne može promijeniti.

Takvi elektromotori mogu razviti vrlo velike brzine, kompaktni su i imaju veći okretni moment. Međutim, prisutnost sklopa komutator-četka smanjuje njihov vijek trajanja - grafitne četke se prilično brzo istroše pri velikim brzinama, pogotovo ako komutator ima mehanička oštećenja.

Električni motori imaju najveću učinkovitost (više od 80%) od svih uređaja koje je stvorio čovjek. Njihov izum u potkraj XIX stoljeća može se smatrati kvalitativnim civilizacijskim skokom, jer bez njih nije moguće zamisliti život moderno društvo, temeljen na visokoj tehnologiji, a nešto učinkovitije još nije izmišljeno.

Sinkroni princip rada elektromotora na videu

Elektromotor je poseban pretvarač. Ovo je stroj u kojem se električna energija pretvara i pretvara u mehaničku energiju. Princip rada motora temelji se na elektromagnetska indukcija. Postoje i elektrostatički motori. Bez ikakvih posebnih dodataka, moguće je koristiti motore koji se temelje na drugim principima pretvaranja električne energije u kretanju. Ali malo ljudi zna kako i kako radi električni motor.

Kako uređaj radi

AC motor sadrži fiksne i pokretne dijelove. Prvi uključuju:

stator;
induktor.

Stator nalazi primjenu u strojevima sinkroni i asinkroni tip. Induktor se koristi u istosmjernim strojevima. Pokretni dio sastoji se od rotora i armature. Prvi se koristi za sinkrone i asinkrone uređaje, dok se armatura koristi za opremu s konstantnim učinkom. Funkcija induktora leži na motorima male snage. Ovdje se često koriste trajni magneti.

Kada govorimo o tome kako radi električni motor, potrebno je odrediti kojoj klasi opreme pripada određeni model. U dizajnu asinkronog motora, rotor je:

kratko spojen;
faza, odnosno s namotom.

Potonji tip se koristi ako je potrebno smanjiti početnu struju i podesite brzinu rotacije asinkroni elektromotor. Obično govorimo o elektromotorima dizalica, koji se široko koriste u instalacijama dizalica.

Dizalica ima pokretljivost i koristi se u istosmjernim strojevima. To može biti generator ili motor, kao i univerzalni motor, koji radi na istom principu. Koristi se u električnim alatima. Zapravo, univerzalni motor je isti motor s konstantnim učinkom, u kojem dolazi do sekvencijalne pobude. Jedina razlika tiče se izračuni namotaja. Ovdje nema reaktancije. Događa se:

kapacitivni;
induktivni.

Zato svaki električni alat, ako se iz njega ukloni elektronička jedinica, može raditi na istosmjernu struju. Ali u isto vrijeme, napon u mreži će biti manji. Princip rada elektromotora određuje se prema tome od kojih se dijelova sastoji i za koje namjene je namijenjen.

Rad trofaznog asinkronog motora

Pri spajanju na mrežu nastaje rotirajuće magnetsko polje. Bilježi se u statoru i prodire kroz kratkospojeni namot rotora. Ide u indukciju. Nakon toga, u skladu s Amperovim zakonom, rotor se počinje okretati. Frekvencija kretanja ovog elementa ovisi o frekvenciji napona napajanja i broju magnetskih polova predstavljenih u parovima.

Razlika između brzine rotora i magnetskog polja statora izražava se kao klizanje. Motor nazvan asinkronim, jer je frekvencija rotacije njegovog magnetskog polja u skladu s frekvencijom rotacije rotora. Sinkroni motor ima razlike u dizajnu. Rotor je dopunjen stalnim magnetom ili elektromagnetom. Sadrži elemente poput kaveza za lansiranje i trajne magnete. Svoju ulogu mogu odigrati i elektromagneti.

U asinkronom motoru brzina vrtnje magnetskog polja statora podudara se s brzinom vrtnje rotora. Za uključivanje se koriste asinkroni elektromotori pomoćnog tipa ili rotor s kaveznim namotom. Asinkroni motori uspjeli su pronaći široku primjenu u svim područjima tehnike.

To se posebno odnosi na trofazne motore, karakterizirane jednostavnošću dizajna. Ne samo da su pristupačni, već su i pouzdaniji od električnih. Ne zahtijevaju gotovo nikakvu njegu. Naziv asinkroni dobili su zbog nesinkrone rotacije rotora u takvom motoru. Ako nema trofazne mreže, takav se motor može spojiti na jednofaznu strujnu mrežu.

Stator asinkronog elektromotora sadrži paket. Sadrži lakirani elektročelični lim debljine 0,5 mm. Imaju utore gdje je položen namot. Tri faze namota međusobno su povezane trokutom ili zvijezdom, koji su prostorno pomaknuti za 120 stupnjeva.

Ako govorimo o rotoru elektromotora, u kojem se u žljebovima nalaze klizni prstenovi, primjećuje se situacija slična statorskom namotu. To vrijedi ako je spojen zvijezdom ili su početni krajevi faza spojeni s tri klizna prstena pričvršćena na osovini. Kada motor radi, možete spojiti reostat na faze namota kako biste kontrolirali brzinu vrtnje. Nakon uspješnog pokretanja, klizni prstenovi su u kratkom spoju, pa stoga namot rotora obavlja iste funkcije kao u slučaju kratkospojenog proizvoda.

Moderna klasifikacija

Prema principu stvaranja momenta, motori električni tip dijele se na magnetoelektrične i histerezne. Posljednja skupina razlikuje se po tome što se zakretni moment ovdje formira zbog histereze kada je rotor pretjerano magnetiziran. Takvi se motori ne smatraju klasičnim i nisu toliko česti u industriji. Najrasprostranjenije su magnetoelektrične modifikacije, koje se prema utrošenoj energiji dijele u dvije velike skupine. To su AC i DC motori. Dostupni su i univerzalni modeli koji se mogu napajati objema vrstama električne struje.

Glavne značajke

Bilo bi ispravno nazvati ove uređaje nefaznim električnim. To je zato što se ovdje mijenjaju faze izravno u motoru. Zbog toga se motor jednako uspješno napaja istosmjernom kao i izmjeničnom strujom. Ova skupina je podijeljena prema načinu prebacivanja faza i prisutnosti povratna informacija. Dolaze u tipovima ventila i razdjelnika.

S obzirom na vrstu pobude, kolektorske motore dijelimo na modele sa samouzbudom, motore s neovisnom pobudom od permanentnih magneta i elektromagnete. Prvi tip se pak dijeli na motore sa serijskom, paralelnom i mješovitom uzbudom.

Proizvodi bez četkica ili s ventilom rade na struju. U njima se preklapanje faza događa kroz posebnu električnu jedinicu koja se naziva pretvarač. Ovaj proces može biti opremljen povratnom spregom kada je senzor položaja rotora aktiviran ili bez povratne informacije. Takav uređaj zapravo se može pozicionirati kao analog asinkronog uređaja.

Jedinice pulsirajuće struje

Takav motor je električni i pokreće ga pulsirajuća električna struja. Njegove značajke dizajna slične su onima DC uređaja. Njegove dizajnerske razlike od motora s konstantnim performansama sastoje se u prisutnosti laminiranih umetaka za ispravljanje izmjenične struje. Koristi se na električnim lokomotivama s posebnim instalacijama. Karakteristična značajka je prisutnost kompenzacijskog namota i značajnog broja parova polova.

AC izmjene

Motor je uređaj koji pokreće izmjenična struja. Ove jedinice su asinkrone i sinkrone. Razlika je u tome što se kod asinkronih strojeva magnetomotorna sila statora kreće s brzinom vrtnje rotora. Kod asinkrone opreme uvijek postoji razlika između brzine vrtnje magnetskog polja i rotora.

Sinkroni elektromotor radi na izmjeničnu struju. Rotor se ovdje okreće u skladu s kretanjem magnetskog polja opskrbnog napona. Sinkroni elektromotori podijeljeni su u modifikacije s namotima polja, s trajnim magnetima, kao i reaktivne modifikacije, histerezne, koračne, hibridne reaktivne vrste uređaja.

Postoji i takozvani tip reaktivne histereze. Također se proizvode modeli sa steper jedinicama. Ovdje je određeni položaj rotora fiksiran napajanjem određenih zona namota. Prijelaz u drugi položaj postiže se uklanjanjem napona iz nekih namota i premještanjem na druga područja. Oblik modela otpornosti ventila električnog tipa napajanje namota preko poluvodičkih elemenata. Asinkroni uređaj ima brzinu rotora koja se razlikuje od frekvencije rotirajućeg magnetskog polja. Stvara ga napon napajanja. Takvi su modeli danas najrasprostranjeniji.

Univerzalna kolektorska oprema

Takva jedinica može raditi na izmjeničnu i istosmjernu struju. Izrađuje se sa serijskim uzbudnim namotom snage do 200 W. Stator je izrađen od posebnog elektrotehničkog čelika. Uzbudni namot izveden je potpuno na konstantnom naponu, a djelomično na promjenjivom naponu. Nazivni napon za izmjeničnu struju je 127 i 220 V, isti pokazatelji za konstantni parametar su 110 i 220 V. Koriste se u električnim alatima i kućanskim aparatima.

Kako elektromotor radi ovisi o tome pripada li određenoj vrsti opreme. Modifikacije izmjenične struje koje se napajaju iz industrijske mreže od 50 Hz ne dopuštaju brzinu vrtnje veću od 3000 o / min. Zbog toga se za dobivanje značajnih frekvencija koristi kolektorski motor električnog tipa. Također je lakši i manjih dimenzija od uređaja s promjenjivom brzinom i sličnom snagom.

U njihovom odnosu koriste se posebni prijenosni mehanizmi koji pretvaraju kinematičke parametre mehanizma u prihvatljive. Kada se koriste pretvarači frekvencije i uz prisutnost visokofrekventne mreže, AC motori su lakši i imaju manje komponente komutatora.

Životni vijek asinkronih modela s promjenjivim pokazateljima znatno je veći od modela kolektora. Određuje se stanjem ležajeva i karakteristikama izolacije namota.

Sinkroni motor, koji ima senzor položaja rotora i inverter, smatra se elektroničkim ekvivalentom brušenog istosmjernog motora. Zapravo, to je kolektorski elektromotor s serijski spojenim namotima statora. Idealno su optimizirani za korištenje s električnom energijom u kućanstvu. Takav model, bez obzira na polaritet napona, može se rotirati u jednom smjeru, budući da serijski spoj namota i rotora jamči promjenu polova od magnetskih polja. Sukladno tome, rezultat ostaje usmjeren u jednom smjeru.

Magnetski stator mekog materijala pogodan za rad na izmjeničnu struju. To je moguće ako je njegov otpor preokreta magnetizacije beznačajan. Kako bi se smanjili gubici vrtložnih struja, stator je izrađen od izoliranih lamela. Ispada slaganje. Njegova je osobitost da je potrošnja struje ograničena zbog induktivne reaktancije namota. Sukladno tome, procjenjuje se da okretni moment motora postaje maksimalan i varira od 3 do 5. Da bi se približio mehaničke karakteristike motori opće namjene, koriste se sekcijski namoti. Imaju odvojene zaključke.

Zanimljivo je da neke vrste bakterija za kretanje koriste električni motor sastavljen od nekoliko proteinskih molekula. Sposoban je transformirati energiju električne struje u obliku kretanja protona u rotaciji flageluma.

Model sinkronog recipročnog gibanja radi na način da je pokretni dio uređaja opremljen trajnim magnetima. Oni su fiksirani na zavjesu. Pomoću stacionarnih elemenata, permanentni magneti su pod utjecajem magnetskog polja i pokreću štap na recipročan način.