Il motore elettrico è installato su qualcosa. Tipologie di motori elettrici: progettazione, principio di funzionamento

Motore elettrico converte l'elettricità in energia movimento meccanico. Così come generatore elettrico un motore elettrico è solitamente costituito da uno statore e da un rotore, in riferimento alle macchine elettriche rotanti, vengono tuttavia prodotti motori in cui la parte mobile esegue un movimento lineare (solitamente movimento rettilineo(motori lineari).

Il tipo più comune di motore elettrico è Motore asincrono trifase a gabbia di scoiattolo il cui principio costruttivo è mostrato in Fig. 1, l'avvolgimento del rotore di questo motore è un sistema di massicce barre di rame o alluminio poste parallelamente tra loro nelle scanalature del rotore, le cui estremità sono collegate tra loro da anelli cortocircuitati.

Riso. 1. Il principio di progettazione di un motore asincrono a gabbia di scoiattolo.
1 - statore, 2 - rotore, 3 - albero, 4 - alloggiamento

Quando si utilizza l'alluminio, l'intero avvolgimento (gabbia di scoiattolo) è solitamente formato mediante stampaggio ad iniezione. Il campo magnetico rotante dello statore induce una corrente nell'avvolgimento del rotore, la cui interazione con il campo magnetico dello statore fa ruotare il rotore. La velocità di rotazione del rotore è sempre inferiore a campo magnetico statore e la sua relativa differenza con la velocità di rotazione del campo magnetico dello statore (con velocità sincrona) è detta scorrimento. Questo valore dipende dal carico sull'albero motore e normalmente è pari al 3...5% a pieno carico. Per la regolazione graduale della velocità è possibile utilizzare un avvolgimento statorico con un numero di poli commutabile, utilizzando questo principio si possono realizzare ad esempio due motori asincroni a tre e quattro velocità; Per un controllo regolare della velocità, il motore è solitamente alimentato tramite un convertitore di frequenza regolabile.

Per il controllo principale della velocità di un motore asincrono inferiore a quella nominale, in precedenza, invece dei motori a gabbia di scoiattolo, venivano utilizzati motori con rotore avvolto, in cui l'avvolgimento del rotore ha lo stesso design trifase dell'avvolgimento dello statore. Tale avvolgimento è collegato tramite collettori rotanti posti sull'albero del motore con un reostato di regolazione dove parte dell'energia consumata dal motore viene convertita in calore. La regolamentazione quindi avviene a scapito della riduzione dell'efficienza del motore ed è attualmente utilizzata raramente.

Motori asincroni a gabbia di scoiattolo caratterizzati da compattezza ed elevata affidabilità, nonché da una durata molto più lunga rispetto ai motori combustione interna. Solitamente sono di dimensioni più piccole e più leggeri rispetto ai motori a combustione interna di pari potenza. Possono essere prodotti in una gamma molto ampia di potenze nominali, da diversi watt a diverse decine di megawatt. Motori a bassa potenza (fino a diverse centinaia di watt possono essere monofase.

Motori sincroni sono progettati allo stesso modo dei generatori sincroni. A una frequenza di rete costante, ruotano a una velocità costante indipendentemente dal carico. Il loro vantaggio rispetto ai motori asincroni è che non consumano energia reattiva dalla rete, ma possono fornirla alla rete, coprendo così il consumo di energia reattiva da parte di altri ricevitori elettrici. I motori sincroni non sono adatti per avviamenti frequenti e vengono utilizzati principalmente per carichi meccanici relativamente stabili e quando è richiesta una velocità di rotazione costante.

Motori CC utilizzato quando è necessario un controllo regolare della velocità. Ciò si ottiene modificando la corrente di armatura e/o di eccitazione mediante dispositivi a semiconduttore (in precedenza mediante reostati di controllo) o modificando la tensione di alimentazione. Poiché al giorno d'oggi è facile e senza un cambiamento significativo nell'efficienza (utilizzando convertitori di frequenza) regolare agevolmente la velocità dei motori CA, i motori CC, a causa del loro costo più elevato, grandi formati e le perdite aggiuntive derivanti durante la regolamentazione iniziarono ad essere utilizzate molto meno frequentemente di prima.
I motori passo-passo sono azionati da impulsi di tensione. Ad ogni impulso, il rotore del motore ruota di un certo angolo (ad esempio diversi gradi). Tali motori vengono utilizzati in meccanismi a bassa velocità che solitamente richiedono un posizionamento preciso. Ad esempio, si possono produrre motori che compiono un giro al giorno o addirittura all'anno.

Motori lineari utilizzato per il movimento lineare quando la conversione del movimento rotatorio in movimento lineare utilizzando ingranaggi meccanici o altri dispositivi è impossibile o inaccettabile. I più comunemente utilizzati sono i motori lineari a induzione, ma esistono anche motori lineari sincroni e passo-passo e persino motori CC.

Si possono considerare i principali vantaggi dei motori elettrici rispetto ai motori a combustione interna
- dimensioni più piccole, peso più leggero e costo inferiore,
- efficienza molto più elevata (solitamente 90..95%),
- migliore adattabilità (solitamente mantenendo un'elevata efficienza),
- alta affidabilità e lunga durata,
- meno rumore e vibrazioni durante il funzionamento,
- avvio rapido e senza problemi (se necessario - regolare),
- funzionamento molto più semplice,
- nessun consumo di carburante e, di conseguenza, nessuna emissione di prodotti della combustione nell'ambiente,
- facile connessione a qualsiasi macchina e meccanismo funzionante.
L'utilizzo dei motori elettrici può risultare problematico quando devono essere posizionati su dispositivi portatili e mobili o su Veicolo OH. Per l'alimentazione in questi casi possono essere utilizzati, a seconda della portata e della natura del movimento,
- cavi flessibili,
- fili di contatto o barre di contatto,
- fonti di energia poste su veicoli mobili (batterie, celle a combustibile, generatori di motori, ecc.).

In molti casi, questi metodi di alimentazione limitano la manovrabilità o l’autonomia dei veicoli (soprattutto automobili) o di altri macchinari mobili a tal punto che l’uso dei motori a combustione interna rimane più razionale. Il primo motore elettrico non era elettromagnetico, ma elettrostatico, e fu realizzato nel 1748 dall'editore e figura pubblica città di Filadelfia (Filadelfia, USA) Benjamin Franklin (1706-1790). Il rotore di questo motore era un disco dentato, i cui denti erano soggetti a forze impulsive di attrazione e repulsione provocate da scariche elettrostatiche, il disco faceva 12...15 giri al minuto e poteva portarne fino a 100; monete d'argento. I primi motori elettromagnetici (dispositivi in cui un conduttore attraverso il quale scorreva la corrente ruotava attorno a una barra magnetica (Fig. 2), mentre svolgeva un lavoro - mescolando il mercurio, o una barra magnetica ruotava attorno a un conduttore con corrente, furono inventati nel 1821 da un assistente presso la Royal Institution di Londra (Royal Institution) Michael Faraday.

Riso. 2. Il principio di costruzione del dispositivo sperimentale di Michael Faraday per dimostrare la rotazione elettrica.
1 - asta metallica rotante, 2 - magnete a barra, 3 - recipiente di vetro o porcellana, 4 - mercurio, 5 - sigillo, i - corrente

Il primo motore (oscillante), che, in linea di principio, potrebbe essere collegato ad una macchina funzionante, fu realizzato nel 1831 da Joseph Henry (1797-1878), insegnante di matematica e storia naturale presso l'Albany Boys School (Albany, USA). ; Il principio di progettazione di questo motore è mostrato in Fig. 3.

Riso. 3. Il principio di progettazione del motore elettrico oscillante di Joseph Henry.
1 - magneti permanenti, 2 - elettromagnete oscillante, 3 - albero, 4 - contatti al mercurio.

Dopo il motore Henry, furono creati diversi motori elettrici alternativi sperimentali. Il primo motore elettrico rotante fu creato per l'applicazione reale l'8 aprile 1834 dall'ispettore del porto di Pillau rPiilau, Prussia orientale), l'ingegnere civile Moritz Hermann Jacobi (Moritz Hermann Jacobi. 1801-1874), che studiò in modo indipendente ingegneria elettrica nella biblioteca e nei laboratori dell'Università di Königsberg. Un motore a otto poli, in cui sia lo statore che il rotore erano costituiti da quattro elettromagneti a forma di ferro di cavallo e che effettuavano 80 ... 120 giri al minuto, riceveva energia da una batteria di celle galvaniche con una tensione di 6 V. La sua potenza all'albero era di circa 15 W e la sua efficienza era di circa il 13%. Jacobi fece ricerche e migliorò il suo motore, tra le altre cose, all'Università di Tartu, dove fu eletto professore di architettura civile nel 1835.

Moritz Hermann (più tardi, in Russia - Boris Semenovich) Jacobi nacque nel 1801 a Potsdam (Potsdam, Germania) in una famiglia benestante e ricevette una buona educazione in casa; già in gioventù parlava correntemente tedesco, inglese e Lingue francesi e conosceva molto bene anche il latino e il greco antico. Nel 1828 si laureò come architetto all'Università di Göttingen (Gottingen Germania), poi lavorò nella costruzione di strade e nel 1833 si trasferì a Königsberg, dove fratello minore Carl Gustav Jacob Jacobi (1804-1851) era un professore di matematica. Cominciò a lavorare come ispettore al porto di Pillau e frequentò l'Università di Königsberg per acquisire conoscenze in ingegneria elettrica. Nel 1834 costruì il suddetto motore e nel 1835, su iniziativa di Friedrich Georg Wilhelm Struve, professore di astronomia all'Università di Tartu (1793-1864), fu eletto professore di architettura civile presso questa università. Il suo motore suscitò interesse a San Pietroburgo e nel 1837 Jacobi fu distaccato presso l'Accademia delle Scienze della capitale per sviluppare azionamenti elettrici per navi da guerra, rimanendo ufficialmente al servizio dell'Università di Tartu fino al 1840. Nel 1838, Jacobi testò sulla Neva il primo motore elettrico al mondo con motore rotante (installato su una barca marittima), ma ulteriori ricerche hanno dimostrato che, sfortunatamente, non esisteva una fonte di energia tecnicamente ed economicamente adatta per alimentare il motore.

Nel 1839 Jacobi fu eletto membro corrispondente e nel 1842 membro dell'Accademia delle Scienze e successivamente fu principalmente coinvolto nello sviluppo dei telegrafi elettromagnetici, della galvanica e della metrologia. Ha incontrato ripetutamente Michael Faraday, famosi fisici francesi e tedeschi dell'epoca.

A metà del XIX secolo furono sviluppate molte altre varietà di motori CC, ma il loro uso pratico era ostacolato dalla bassa potenza e, come aveva già stabilito Jacobi, da una potenza insufficiente. efficienza economica fonti di energia di quel tempo: celle galvaniche e generatori di macchine elettriche primitive. Un utilizzo più ampio dei motori elettrici divenne possibile solo nel 1866 dopo l'avvento dei generatori di corrente continua autoeccitati.

Dopo l'avvento del sistema AC multifase, l'azienda tedesca AEG ha iniziato ad esplorare le possibilità di utilizzo motori asincroni, inventato dal suo ingegnere capo Mikhail Dolivo-Dobrowolsky (in tedesco, Michael von Dolivo-Dobrowolsky) e presentò l'8 marzo 1889 una domanda per brevettare un motore asincrono a gabbia di scoiattolo. Successivamente, iniziarono ad essere ampiamente utilizzati motori CA affidabili ed altamente efficienti. Attualmente tutti i motori elettrici sopra menzionati hanno raggiunto un livello tecnico molto elevato e lo sono applicazione più ampia in installazioni fisse e in Ultimamente sempre più nei veicoli.

Il motore elettrico è una delle invenzioni chiave dell'umanità. È grazie ai motori elettrici che siamo riusciti a raggiungere uno sviluppo così elevato della nostra civiltà. I principi di base di funzionamento di questo dispositivo vengono studiati a scuola. Un moderno motore elettrico può svolgere molti compiti diversi. Il suo funzionamento si basa sulla trasmissione della rotazione dell'albero motore elettrico ad altri tipi di movimento. In questo articolo vedremo più da vicino come funziona questo dispositivo.

Caratteristiche dei motori elettrici

Un motore elettrico è essenzialmente un dispositivo attraverso il quale l'energia elettrica viene convertita in energia meccanica. Questo fenomeno è basato sul magnetismo. Di conseguenza, la struttura del motore elettrico comprende magneti permanenti e magneti elettrici, nonché vari altri materiali con proprietà attraenti. Oggi questo dispositivo è utilizzato quasi ovunque. Ad esempio, un motore elettrico è una parte fondamentale di orologi, lavatrici, condizionatori, miscelatori, asciugacapelli, ventilatori, condizionatori e altri elettrodomestici. Esistono innumerevoli opzioni per l’utilizzo di un motore elettrico nell’industria. Anche le loro dimensioni variano dalla testa di un fiammifero alla locomotiva dei treni.

Tipi di motori elettrici

Attualmente vengono prodotte numerose tipologie di motori elettrici, che si dividono in base alla tipologia costruttiva e di alimentazione.

Secondo il principio di alimentazione Tutti i modelli possono essere suddivisi in:

Dispositivi CA che utilizzano la rete elettrica come energia;
Dispositivi CC alimentati da alimentatori, batterie AA, batterie ricaricabili e altre fonti simili.

Secondo il meccanismo di funzionamento tutti i motori elettrici si dividono in:

sincrono, con avvolgimenti del rotore e un meccanismo a spazzole utilizzato per fornire corrente elettrica agli avvolgimenti;
asincrono, caratterizzato da un design più semplice senza spazzole e avvolgimenti rotorici.

Il principio di funzionamento di questi motori elettrici è significativamente diverso. Un motore sincrono ruota alla stessa velocità del campo magnetico che lo fa ruotare. Allo stesso tempo, un motore asincrono ruota a una velocità inferiore rispetto al campo elettromagnetico.

Classi motore (varia a seconda della corrente utilizzata) :

classe AC (corrente alternata) - funziona da una fonte di corrente alternata;
classe DC (corrente continua) - utilizza la corrente continua per il funzionamento;
una classe universale che può utilizzare qualsiasi fonte corrente per il funzionamento.

Inoltre, i motori elettrici possono differire non solo nel tipo di costruzione, ma anche nei metodi di controllo della velocità di rotazione. Allo stesso tempo, tutti i dispositivi, indipendentemente dal tipo, utilizzano lo stesso principio di conversione energia elettrica a meccanico.

Il principio di funzionamento dell'unità su corrente continua

Questo tipo di motore elettrico funziona secondo un principio sviluppato da Michael Faraday nel 1821. La sua scoperta è che quando un impulso elettrico interagisce con un magnete, esiste la possibilità di rotazione permanente. Cioè, se segni una cornice verticale in un campo magnetico e la attraversi elettricità, attorno al conduttore può formarsi un campo elettromagnetico. Sarà in contatto diretto con i poli dei magneti. Si scopre che il telaio sarà attratto da uno dei magneti e respinto dall'altro. Di conseguenza, passerà dalla posizione verticale a quella orizzontale, in cui l'influenza del campo magnetico sul conduttore sarà pari a zero. Si scopre che per continuare il movimento sarà necessario integrare la struttura con un altro fotogramma ad angolo o cambiare la direzione della corrente nel primo fotogramma. Nella maggior parte dei dispositivi ciò avviene tramite due semianelli ai quali sono fissate le piastre di contatto della batteria. Promuovono un rapido cambiamento di polarità, facendo sì che il movimento continui.

I moderni motori elettrici non hanno magneti permanenti, poiché il loro posto è preso da magneti elettrici e induttori. Cioè, se smonti uno di questi motori, vedrai spire di filo rivestite con un composto isolante. In realtà, sono un elettromagnete, chiamato anche avvolgimento di eccitazione. I magneti permanenti nella progettazione dei motori elettrici vengono utilizzati solo nei giocattoli per bambini piccoli alimentati da batterie AA. Tutti gli altri motori elettrici più potenti sono dotati solo di magneti o avvolgimenti elettrici. Allo stesso tempo, la parte rotante è chiamata rotore e la parte statica è chiamata statore.

Come funziona un motore elettrico asincrono?

L'alloggiamento di un motore asincrono contiene avvolgimenti dello statore che creano un campo magnetico rotante. Le estremità per il collegamento degli avvolgimenti vengono fatte uscire tramite apposita morsettiera. Il raffreddamento viene effettuato da una ventola posta sull'albero all'estremità del motore elettrico. Il rotore è strettamente collegato ad un albero costituito da aste metalliche. Queste aste cortocircuitate sono collegate tra loro su entrambi i lati. Grazie a questa progettazione, il motore non necessita di manutenzione periodica, poiché non è necessario cambiare di tanto in tanto le spazzole di alimentazione. Ecco perché i motori asincroni sono considerati più affidabili e durevoli di quelli sincroni. La principale causa di guasto dei motori asincroni è l'usura dei cuscinetti su cui ruota l'albero.

Perché i motori asincroni funzionino è necessario che il rotore ruoti più lentamente della rotazione del campo elettromagnetico dello statore. È per questo motivo che si forma una corrente elettrica nel rotore. Se la rotazione venisse eseguita alla stessa velocità, secondo la legge di induzione non si formerebbe un campo elettromagnetico e non ci sarebbe rotazione nel suo insieme. Tuttavia, dentro vita reale A causa dell'attrito dei cuscinetti e dell'aumento del carico sull'albero, il rotore girerà più lentamente. Poli magnetici ruotare regolarmente negli avvolgimenti del rotore, per cui la direzione della corrente nel rotore cambia costantemente.

Anche una sega circolare funziona secondo lo stesso principio, poiché raggiunge la massima velocità senza carico. Quando la sega inizia a tagliare la tavola, la sua velocità di rotazione diminuisce e contemporaneamente il rotore inizia a ruotare più lentamente in relazione al campo elettromagnetico. Di conseguenza, secondo le leggi dell'ingegneria elettrica, in esso inizia a emergere un valore ancora maggiore di EMF. Successivamente, la corrente consumata dal motore aumenta e inizia a funzionare a piena potenza. Con un carico al quale il motore va in stallo, può verificarsi la distruzione del rotore a gabbia di scoiattolo. Ciò si verifica a causa del fatto che nel motore si verifica il valore massimo di EMF. Ecco perché è necessario selezionare un motore elettrico della potenza richiesta. Se si utilizza un motore con troppa potenza, ciò può comportare costi energetici inutili.

La velocità con cui ruota il rotore in questo caso dipende dal numero di poli. Se il dispositivo ha due poli, la velocità di rotazione corrisponderà alla velocità di rotazione del campo magnetico. Il motore elettrico asincrono massimo può sviluppare fino a 3mila giri al secondo. La frequenza di rete può arrivare fino a 50 Hz. Per ridurre la velocità della metà dovrai aumentare il numero di poli dello statore a 4 e così via. L'unico inconveniente dei motori asincroni è che possono essere regolati solo modificando la frequenza della corrente elettrica. Inoltre, in un motore asincrono non sarà possibile raggiungere una velocità dell'albero costante.

Come funziona un motore elettrico sincrono AC?

Un motore elettrico sincrono viene utilizzato nei casi in cui sono richieste una velocità di rotazione costante e la possibilità di regolarla rapidamente. Inoltre, viene utilizzato un motore sincrono laddove è necessario raggiungere una velocità di rotazione superiore a 3mila giri, che è il limite per un motore asincrono. Pertanto, questo tipo di motore elettrico viene vantaggiosamente utilizzato in elettrodomestici, come aspirapolvere, utensili elettrici, lavatrice e così via.

L'alloggiamento di un motore sincrono CA contiene avvolgimenti avvolti attorno all'armatura e al rotore. I loro contatti sono saldati ai settori del collettore di corrente e dell'anello, a cui viene applicata la tensione mediante spazzole di grafite. I terminali qui sono disposti in modo tale che le spazzole forniscano sempre tensione solo a una coppia. Tra gli svantaggi di un motore sincrono si può notare la loro minore affidabilità rispetto ai motori asincroni.

I guasti più comuni dei motori sincroni:

Usura prematura delle spazzole o scarso contatto dovuto all'indebolimento della molla.
Contaminazione del collettore, che può essere pulito con alcool o carta vetrata fine.
Usura dei cuscinetti.

Principio di funzionamento di un motore sincrono

La coppia in un tale motore elettrico viene creata dall'interazione tra il campo magnetico e la corrente di armatura, che sono in contatto tra loro nell'avvolgimento di campo. Poiché la corrente alternata è diretta, cambierà anche la direzione del flusso magnetico, il che garantisce la rotazione in una sola direzione. La velocità di rotazione viene regolata modificando l'intensità della tensione applicata. La modifica della tensione viene spesso utilizzata negli aspirapolvere e nei trapani, dove a questo scopo viene utilizzata una resistenza variabile o un reostato.

Meccanismo di funzionamento dei singoli tipi di motore

I motori elettrici industriali possono funzionare sia con corrente continua che alternata. Il loro design si basa su uno statore, che è un elettromagnete che crea un campo magnetico. Un motore elettrico industriale contiene avvolgimenti collegati alternativamente a una fonte di alimentazione tramite spazzole. Ruotano alternativamente il rotore di un certo angolo, che lo mette in movimento.

Il motore elettrico più semplice per i giocattoli per bambini può funzionare solo con corrente continua. Cioè, può ricevere corrente da una batteria o un accumulatore AA. In questo caso la corrente passa attraverso un telaio situato tra i poli di un magnete permanente. A causa dell'interazione dei campi magnetici del telaio con il magnete, inizia a ruotare. Al completamento di ogni mezzo giro, il collettore commuta i contatti nel telaio che vanno alla batteria. Di conseguenza, il telaio esegue movimenti rotatori.

Quindi oggi c'è un gran numero di motori elettrici per scopi diversi, che hanno lo stesso principio di funzionamento.

Un motore elettrico è una macchina elettrica che converte l'energia elettrica in energia meccanica. Tipicamente, una macchina elettrica esegue un lavoro meccanico consumando l'energia elettrica ad essa applicata, che viene convertita in movimento rotatorio. Nella tecnologia esistono anche motori lineari che possono creare immediatamente un movimento di traslazione del corpo che lavora.

Caratteristiche del progetto e principio di funzionamento

Non importa quale progetto, ma il design di tutti i motori elettrici è lo stesso. Il rotore e lo statore si trovano all'interno di una scanalatura cilindrica. La rotazione del rotore è eccitata da un campo magnetico che respinge i suoi poli dallo statore (avvolgimento fisso). La repulsione costante può essere mantenuta ricollegando gli avvolgimenti del rotore o formando un campo magnetico rotante direttamente nello statore. Il primo metodo è inerente ai motori elettrici a commutatore e il secondo ai motori asincroni trifase.

L'alloggiamento di qualsiasi motore elettrico è solitamente in ghisa o in lega di alluminio. I motori dello stesso tipo, nonostante il design dell'alloggiamento, vengono prodotti con le stesse dimensioni di installazione e parametri elettrici.

Il funzionamento del motore elettrico si basa sui principi induzione elettromagnetica. L'energia magnetica ed elettrica creano una forza elettromotrice in un circuito chiuso che conduce corrente. Questa proprietà è inerente al funzionamento di qualsiasi macchina elettrica.

Una corrente elettrica in movimento nel mezzo di un campo magnetico è costantemente influenzata da forza meccanica, cercando rapidamente di deviare la direzione delle cariche perpendicolare alla forza linee magnetiche aereo. Durante il passaggio della corrente elettrica attraverso un conduttore o una bobina metallica, la forza meccanica cerca di spostare o ruotare l'intero avvolgimento e ciascun conduttore di corrente.

Scopo e applicazione dei motori elettrici

Le macchine elettriche hanno molte funzioni: sono in grado di amplificare la potenza dei segnali elettrici, convertire i valori di tensione o la corrente alternata in corrente continua, ecc. azioni diverse Esistono vari tipi di macchine elettriche. Un motore è un tipo di macchina elettrica progettata per convertire l'energia. Vale a dire, questo tipo di dispositivo converte l'energia elettrica in forza motrice o lavoro meccanico.

È molto richiesto in molti settori. Sono ampiamente utilizzati nell'industria, su macchine per vari scopi e in altre installazioni. Nell'ingegneria meccanica, ad esempio, macchine per movimento terra e sollevamento. Sono comuni anche nelle zone economia nazionale ed elettrodomestici.

Classificazione dei motori elettrici

Un motore elettrico è un tipo di macchina elettrica secondo:

Specifiche della coppia generata:
isteresi;
magnetoelettrico.
Struttura di fissaggio:
con disposizione ad albero orizzontale;
con posizionamento dell'albero verticale.
Protezione dell'azione ambiente esterno:
protetto;
Chiuso;
a prova di esplosione.

Nei dispositivi ad isteresi, la coppia viene generata dall'inversione della magnetizzazione del rotore o dall'isteresi (saturazione). Questi motori sono poco utilizzati nell'industria e non sono considerati tradizionali. I motori magnetoelettrici sono richiesti. Ci sono molte modifiche di questi motori.

Sono divisi in grandi gruppi in base al tipo di corrente che scorre:

Corrente continua.
Corrente alternata.
Motori universali (funzionano con corrente alternata continua).

Caratteristiche dei motori DC magnetoelettrici

Utilizzando motori DC, vengono creati azionamenti elettrici regolabili con prestazioni elevate e prestazioni dinamiche.

Tipi di motori elettrici:

Con elettromagneti.
Con magneti permanenti.

Il gruppo dei motori elettrici alimentati in corrente continua è suddiviso in sottotipi:

Collettore . Questi apparecchi elettrici contengono un gruppo spazzola-commutatore che fornisce il collegamento elettrico tra le parti fisse e rotanti del motore. I dispositivi sono dotati di autoeccitazione ed eccitazione indipendente da magneti permanenti ed elettromagneti.
Si distinguono i seguenti tipi di autoeccitazione dei motori:
parallelo;
sequenziale;
misto.
I dispositivi di raccolta presentano diversi svantaggi:
Bassa affidabilità dei dispositivi.
Il gruppo spazzola-commutatore è un componente piuttosto difficile da mantenere di un motore magnetoelettrico.
Senza collettore (valvola) . Si tratta di motori a circuito chiuso che funzionano secondo un principio simile ai dispositivi sincroni. Dotato di un sensore di posizione del rotore, un convertitore di coordinate, nonché un inverter e un convertitore a semiconduttore di potenza.

Queste macchine sono prodotte in varie dimensioni, dalle più piccole a bassa tensione alle dimensioni enormi (per lo più fino ai megawatt). I motori elettrici in miniatura vengono utilizzati in computer, telefoni, giocattoli, utensili elettrici senza fili, ecc.

Applicazioni, pro e contro dei motori DC

Le macchine elettriche DC sono utilizzate in vari campi. Sono utilizzati per equipaggiare macchine per il sollevamento e il trasporto, macchine per la produzione di verniciatura e finitura, nonché attrezzature per la produzione di polimeri e carta, ecc. Spesso un motore elettrico di questo tipo è integrato in impianti di perforazione, unità ausiliarie di escavatori e altri tipi di veicoli elettrici.

Vantaggi dei motori elettrici:

Facilità di controllo e regolazione della velocità.
Semplicità del design.
Eccellenti proprietà di partenza.
Compattezza.
Possibilità di funzionamento in diverse modalità (motore e generatore).

Svantaggi dei motori:

I motori commutatore richiedono una difficile manutenzione preventiva dei gruppi spazzola-commutatore.
Costo di produzione elevato.
I dispositivi da collezione non hanno n lungo termine servizio dovuto all'usura del collettore stesso.

Motore CA

Nei motori elettrici CA, la corrente elettrica è descritta secondo una legge armonica sinusoidale, cambiando periodicamente il suo segno (direzione).

Lo statore di questi dispositivi è costituito da piastre ferromagnetiche dotate di fessure per l'inserimento delle spire di avvolgimento con una configurazione a bobina.

I motori elettrici sono classificati in base al loro principio di funzionamento sincrona e asincrona . La loro principale differenza è che la velocità della forza magnetomotrice dello statore nei dispositivi sincroni è uguale alla velocità di rotazione del rotore, ma nei motori asincroni queste velocità non coincidono solitamente il rotore ruota più lentamente del campo;

Motore sincrono

A causa della rotazione identica (sincrona) del rotore con il campo magnetico, i dispositivi sono chiamati motori elettrici sincroni. Sono divisi in sottospecie:

Reattivo.
Passo passo.
Isteresi reattiva.
Con magneti permanenti.
Con avvolgimenti di campo.
Valvola reattiva.
Motore sincrono ibrido a riluttanza.

La maggior parte apparecchiature informatiche dotato di motori passo-passo. La conversione dell'energia in questi dispositivi si basa sul movimento angolare discreto del rotore. I motori passo-passo hanno un'elevata produttività, indipendentemente dalle loro piccole dimensioni.

Vantaggi dei motori sincroni:

Velocità di rotazione stabile, che non dipende dai carichi meccanici sull'albero.
Bassa sensibilità ai picchi di tensione.
Può fungere da generatore di energia.
Ridurre il consumo di energia fornita dalle centrali elettriche.

Svantaggi nei dispositivi sincroni:

Difficoltà a partire.
Complessità del design.
Difficoltà nella regolazione della velocità di rotazione.

Gli svantaggi di un motore sincrono rendono più redditizio l'utilizzo di un motore elettrico di tipo asincrono. Tuttavia, la maggior parte dei motori sincroni, a causa del loro funzionamento a velocità costante, sono richiesti per installazioni in compressori, generatori, pompe, nonché grandi ventilatori e altre apparecchiature.

Motore elettrico asincrono

Lo statore dei motori asincroni è un avvolgimento distribuito bifase, trifase o meno spesso multifase. Il rotore è realizzato sotto forma di cilindro utilizzando rame, alluminio o metallo. Le sue scanalature contengono conduttori conduttivi pressati rispetto all'asse di rotazione ad un certo angolo. Sono collegati in un'unità alle estremità del rotore. La controcorrente viene eccitata nel rotore dal campo magnetico alternato dello statore.

In base alle loro caratteristiche costruttive, esistono due tipologie di motori asincroni:

Con rotore avvolto.
Con rotore a gabbia di scoiattolo.

Per il resto, il design dei dispositivi non è diverso; il loro statore è assolutamente lo stesso. In base al numero di avvolgimenti si distinguono i seguenti motori elettrici:

Monofase. Questo tipo di motore non si avvia da solo; necessita di una spinta iniziale. Per questo, viene utilizzato un avvolgimento di avviamento o un circuito di sfasamento. I dispositivi vengono avviati anche manualmente.
Bifase. Questi dispositivi contengono due avvolgimenti con fasi sfasate di un angolo. Nel dispositivo appare un campo magnetico rotante, la cui intensità aumenta ai poli di un avvolgimento e contemporaneamente diminuisce nell'altro.
Un motore elettrico bifase può avviarsi da solo, ma ci sono difficoltà con la retromarcia. Spesso questo tipo di dispositivo è collegato a reti monofase, inclusa la seconda fase tramite un condensatore.
Trifase. Il vantaggio di questi tipi di motori elettrici è la facile inversione. Le parti principali del motore sono uno statore con tre avvolgimenti e un rotore. Consente di regolare agevolmente la velocità del rotore. Questi dispositivi sono molto richiesti nell'industria e nella tecnologia.
Polifase . Questi dispositivi sono costituiti da un avvolgimento multifase incorporato nelle cave dello statore sulla sua superficie interna. Questi motori garantiscono un'elevata affidabilità operativa e sono considerati modelli di motori avanzati.

I motori elettrici asincroni facilitano notevolmente il lavoro delle persone, motivo per cui sono indispensabili in molti settori.

I vantaggi di questi dispositivi, che hanno contribuito alla loro popolarità, sono i seguenti:

Facilità di produzione.
Alta affidabilità.
Non necessitano di convertitori collegati alla rete.
Bassi costi operativi.

A tutto ciò si aggiunge il relativo costo dei dispositivi asincroni. Ma hanno anche degli svantaggi:

Basso fattore di potenza.
Difficoltà nel regolare con precisione la velocità.
Un piccolo punto di partenza.
Dipendenza dalla tensione di rete.

Ma grazie all’alimentazione del motore elettrico tramite un convertitore di frequenza, alcuni dei difetti del dispositivo vengono eliminati. Pertanto, la necessità di motori asincroni non diminuisce. Sono utilizzati negli azionamenti di varie macchine utensili nei settori della lavorazione dei metalli, della lavorazione del legno, ecc. Sono necessari per la tessitura, il cucito, il movimento terra, il sollevamento e altri tipi di macchine, nonché ventilatori, pompe, centrifughe, vari utensili elettrici e utensili domestici elettrodomestici.

Oggi è impossibile immaginare la civiltà umana e una società ad alta tecnologia senza elettricità. Uno dei principali dispositivi che garantiscono il funzionamento degli apparecchi elettrici è il motore. Questa macchina trova largo impiego: dall'industria (ventilatori, frantoi, compressori) all' uso domestico (lavatrici, trapani, ecc.). Ma qual è il principio di funzionamento di un motore elettrico?

Scopo

Il principio di funzionamento del motore elettrico e i suoi obiettivi principali sono trasferire il necessario agli organi di lavoro processi tecnologici energia meccanica. Il motore stesso lo produce utilizzando l'elettricità consumata dalla rete. In sostanza, il principio di funzionamento di un motore elettrico è convertire l'energia elettrica in energia meccanica. La quantità di energia meccanica che produce in un'unità di tempo è chiamata potenza.

Tipi di motori

A seconda delle caratteristiche della rete di alimentazione si possono distinguere due tipologie principali di motore: corrente continua e corrente alternata. I più comuni sono i motori con eccitazione sequenziale, indipendente e mista. Esempi di motori includono macchine sincrone e asincrone. Nonostante l'apparente diversità, la progettazione e il principio di funzionamento di un motore elettrico per qualsiasi scopo si basano sull'interazione di un conduttore con corrente e campo magnetico, o di un magnete permanente (oggetto ferromagnetico) con un campo magnetico.

Telaio con attuale - prototipo del motore

Il punto principale in una questione come il principio di funzionamento di un motore elettrico può essere chiamato l'aspetto della coppia. Questo fenomeno può essere considerato usando l'esempio di un telaio percorso da corrente, costituito da due conduttori e un magnete. La corrente viene fornita ai conduttori tramite anelli collettori fissati all'asse del telaio rotante. Secondo la famosa regola della mano sinistra, sul telaio agiranno forze che creeranno una coppia attorno all'asse. Sotto l'influenza di questa forza totale, ruoterà in senso antiorario. È noto che tale coppia è direttamente proporzionale all'induzione magnetica (B), (I), all'area del telaio (S) e dipende dall'angolo tra le linee del campo e l'asse di quest'ultimo. Tuttavia, sotto l'influenza di un momento che cambia nella sua direzione, il telaio si muoverà movimenti oscillatori. Cosa si dovrebbe fare per formare una direzione permanente? Ci sono due opzioni qui:

cambiare la direzione della corrente elettrica nel telaio e la posizione dei conduttori rispetto ai poli del magnete;
cambiare la direzione del campo stesso, nonostante il fotogramma ruoti nella stessa direzione.

La prima opzione viene utilizzata per i motori DC. E il secondo è il principio di funzionamento di un motore CA.

Cambiare la direzione della corrente rispetto al magnete

Per modificare i fotogrammi attuali in un conduttore, è necessario un dispositivo che imposti questa direzione a seconda della posizione dei conduttori. Questo design è realizzato attraverso l'uso di contatti striscianti, che servono per fornire corrente al telaio. Quando un anello ne sostituisce due, quando il telaio viene ruotato di mezzo giro, la direzione della corrente cambia nel senso opposto, ma la coppia la mantiene. È importante tenere presente che un anello è assemblato da due metà isolate l'una dall'altra.

Progettazione di macchine a corrente continua

L'esempio sopra è il principio di funzionamento di un motore DC. La macchina reale, naturalmente, ha una struttura più complessa, utilizzando decine di telai che formano l'avvolgimento dell'indotto. I conduttori di questo avvolgimento sono posti in apposite scanalature in un nucleo ferromagnetico cilindrico. Le estremità degli avvolgimenti sono collegate ad anelli isolati che formano un collettore. L'avvolgimento, il commutatore e il nucleo sono un'armatura che ruota su cuscinetti sul corpo del motore stesso. Il campo magnetico di eccitazione è creato dai poli dei magneti permanenti, che si trovano nell'alloggiamento. L'avvolgimento è collegato alla rete di alimentazione e può essere acceso indipendentemente dal circuito dell'armatura o in serie. Nel primo caso il motore elettrico avrà un'eccitazione indipendente, nel secondo sequenziale. Esiste anche un design con eccitazione mista, quando vengono utilizzati due tipi di connessioni di avvolgimento contemporaneamente.

Macchina sincrona

Il principio di funzionamento è la necessità di creare un campo magnetico rotante. Quindi è necessario posizionare i conduttori che circolano attorno a una corrente costante in questo campo in questo campo. Sull'esempio sopra riportato con telaio percorso da corrente si basa il principio di funzionamento di un motore elettrico sincrono, ormai molto diffuso nell'industria. Il campo rotante creato dal magnete è generato da un sistema di avvolgimenti collegati all'alimentazione. Di solito vengono utilizzati avvolgimenti trifase, ma il principio di funzionamento della corrente alternata non differirà da quello trifase, tranne forse per il numero di fasi stesse, il che non è significativo se si considerano le caratteristiche del progetto. Gli avvolgimenti sono posizionati nelle cave dello statore con qualche spostamento attorno alla circonferenza. Questo viene fatto per creare un campo magnetico rotante nel traferro formato.

Sincronismo

Molto punto importanteè il funzionamento sincrono del motore elettrico del modello di cui sopra. Quando il campo magnetico interagisce con la corrente nell'avvolgimento del rotore, si forma il processo di rotazione del motore stesso, che sarà sincrono rispetto alla rotazione del campo magnetico formato sullo statore. Il sincronismo verrà mantenuto fino al raggiungimento della coppia massima, causata dalla resistenza. All'aumentare del carico, la macchina potrebbe perdere la sincronizzazione.

Motore asincrono

Il principio di funzionamento è la presenza di un campo magnetico rotante e di telai chiusi (circuiti) sul rotore, la parte rotante. Il campo magnetico viene generato allo stesso modo di un motore sincrono - con l'aiuto di avvolgimenti situati nelle fessure dello statore, che sono collegati a una rete di tensione alternata. Gli avvolgimenti del rotore sono costituiti da una dozzina di anelli e telai chiusi e solitamente hanno due tipi di struttura: fase e cortocircuitato. Il principio di funzionamento del motore AC è lo stesso in entrambe le versioni, cambia solo il design. Nel caso di un rotore a gabbia di scoiattolo (noto anche come gabbia di scoiattolo), l'avvolgimento è riempito con alluminio fuso nelle fessure. Quando si realizza un avvolgimento di fase, le estremità di ciascuna fase vengono evidenziate utilizzando anelli di contatto striscianti, poiché ciò consentirà di includere nel circuito resistori aggiuntivi necessari per regolare la velocità del motore.

Macchina da trazione

Il principio di funzionamento di un motore di trazione è simile a quello di un motore CC. Dalla rete di alimentazione, la corrente viene fornita a Successivamente, la corrente alternata trifase viene trasmessa a quelli speciali. C'è un raddrizzatore. Converte la corrente alternata in corrente continua. Secondo lo schema, viene eseguito con una delle sue polarità sui fili di contatto, la seconda direttamente sui binari. Va ricordato che molti meccanismi di trazione funzionano a una frequenza diversa da quella industriale stabilita (50 Hz). Pertanto, utilizzano il cui principio di funzionamento è convertire le frequenze e controllare questa caratteristica.

Attraverso il pantografo rialzato viene fornita tensione alle camere dove si trovano i reostati e i contattori di avviamento. Utilizzando i controller, i reostati sono collegati ai motori di trazione, che si trovano sugli assi dei carrelli. Da questi, la corrente fluisce attraverso i pneumatici sulle rotaie e poi ritorna alla sottostazione di trazione, completando così il circuito elettrico.

Un motore elettrico è un motore che converte l'energia elettrica in energia meccanica.

La parte principale del motore elettrico è un circuito (telaio, bobina) con corrente situata in un forte campo magnetico (Fig. 1). Sul circuito in un campo magnetico agisce una coppia, in conseguenza della quale il circuito ruota e si ferma nella posizione di equilibrio, cioè in una posizione in cui il suo momento magnetico è diretto parallelamente all'induzione magnetica (il piano di contorno è perpendicolare alle linee di induzione del campo magnetico).

Se, quando il circuito passa attraverso la posizione di equilibrio, la direzione della corrente cambia nella direzione opposta, cambierà anche la direzione del momento magnetico. Superata per inerzia la posizione di equilibrio, il circuito farà un altro mezzo giro. Se cambi periodicamente la direzione della corrente, il circuito inizierà a ruotare. La modifica della direzione della corrente viene eseguita automaticamente utilizzando un dispositivo chiamato collettore. Il collettore è costituito da due semicilindri metallici ai quali sono collegate le estremità del circuito. Attraverso di essi e contatti striscianti (spazzole), il circuito è collegato alla sorgente di corrente.

Il momento maggiore agisce su un circuito il cui piano è parallelo all'induzione magnetica. Di conseguenza, se si posizionano due circuiti perpendicolari tra loro e si portano le loro estremità su un collettore a quarto di anello (Fig. 2), la coppia aumenterà bruscamente e aumenterà la scorrevolezza della parte mobile del motore (rotore).

Nei motori industriali il campo magnetico è creato dall'avvolgimento di un elettromagnete; nel rotore vengono ricavate scanalature in cui vengono inserite molte spire di una sezione (invece di un telaio); le varie sezioni sono disposte angolarmente tra loro, e le loro estremità vengono fatte uscire su lati opposti del collettore, sul quale vengono premute le spazzole collegate al generatore di corrente. Dalla sorgente di corrente, la tensione viene fornita agli elettromagneti dello statore (la parte stazionaria del motore). La corrente scorre attraverso ciascuna sezione solo quando le sue piastre toccano le spazzole, cioè quando il piano di questa sezione è parallelo al vettore di induzione magnetica. In questo caso, le sezioni creano alternativamente la coppia maggiore.

Un magnete o un elettromagnete che crea un campo magnetico è spesso chiamato induttore e il telaio (avvolgimento) attraverso il quale viene fatta passare la corrente elettrica è chiamato armatura.

La principale caratteristica operativa di un motore elettrico è la coppia M creata sull'albero motore dalla forza Ampere che agisce sugli avvolgimenti dell'indotto:

dove I è l'intensità della corrente nell'avvolgimento, B è l'induzione del campo magnetico, l è la lunghezza del conduttore, r è il raggio del rotore, N è il numero di spire nell'avvolgimento.

Tali motori CC vengono utilizzati nei trasporti (nelle locomotive elettriche, tram, filobus), nelle gru e in molti apparecchi elettrici domestici (rasoi elettrici, registratori, ecc.).

Con l'aiuto di un motore elettrico CC, il motorino di avviamento, viene avviato il motore dell'auto.