Elektromotors ir uzstādīts uz kaut ko. Elektromotoru veidi: konstrukcija, darbības princips

Elektromotors pārvērš elektroenerģiju enerģijā mehāniskā kustība. Tāds pats kā elektriskais ģenerators elektromotors parasti sastāv no statora un rotora, kas attiecas uz rotējošām elektriskajām mašīnām. Tomēr tiek ražoti motori, kuros kustīgā daļa veic lineāru (parasti taisna kustība(lineārie motori).

Visizplatītākais elektromotoru veids ir trīsfāzu asinhronais motors ar vāveres sprostu kura projektēšanas princips parādīts att. 1, šī motora rotora tinums ir masīvu vara vai alumīnija stieņu sistēma, kas rotora rievās novietoti paralēli viens otram un kuru galus savā starpā savieno īssavienojumi.

Rīsi. 1. Vāveres būra asinhronā dzinēja konstrukcijas princips.
1 - stators, 2 - rotors, 3 - vārpsta, 4 - korpuss

Lietojot alumīniju, visu tinumu (vāveres būru) parasti veido ar iesmidzināšanu. Statora rotējošais magnētiskais lauks inducē rotora tinumā strāvu, kuras mijiedarbība ar statora magnētisko lauku izraisa rotora griešanos. Rotora griešanās ātrums vienmēr ir mazāks par magnētiskais lauks statoru un tā relatīvo atšķirību ar statora magnētiskā lauka griešanās ātrumu (ar sinhrono ātrumu) sauc par slīdēšanu. Šī vērtība ir atkarīga no slodzes uz motora vārpstu un parasti ir 3...5% pie pilnas slodzes. Pakāpeniskai ātruma kontrolei var izmantot statora tinumu ar pārslēdzamu polu skaitu, piemēram, izmantojot šo principu, var izgatavot divus trīs un četru ātrumu asinhronos motorus. Lai nodrošinātu vienmērīgu ātruma regulēšanu, motors parasti tiek darbināts, izmantojot regulējamu frekvences pārveidotāju.

Asinhronā motora ātruma galvenajai kontrolei, kas ir zemāks par nominālo, iepriekš vāveres motoru vietā tika izmantoti motori ar uztītu rotoru, kurā rotora tinumam ir tāda pati trīsfāzu konstrukcija kā statora tinumam. Šāds tinums ir savienots caur slīdgredzeniem, kas atrodas uz motora vārpstas, ar regulēšanas reostatu, kur daļa no motora patērētās enerģijas tiek pārvērsta siltumā. Tāpēc regulēšana notiek uz dzinēja efektivitātes samazināšanas rēķina, un pašlaik to izmanto reti.

Vāveres asinhronie motori ko raksturo kompaktums un augsta uzticamība, kā arī daudz ilgāks kalpošanas laiks nekā dzinējiem iekšējā degšana. Parasti tie ir mazāka izmēra un vieglāki nekā tādas pašas jaudas iekšdedzes dzinēji. Tos var ražot ļoti plašā nominālās jaudas diapazonā no vairākiem vatiem līdz vairākiem desmitiem megavatu. Mazjaudas motori (līdz pat vairākiem simtiem vatu var būt vienfāzes.

Sinhronie motori ir konstruēti tāpat kā sinhronie ģeneratori. Pie nemainīgas tīkla frekvences tie griežas ar nemainīgu ātrumu neatkarīgi no slodzes. To priekšrocība salīdzinājumā ar asinhronajiem motoriem ir tāda, ka tie nepatērē reaktīvo enerģiju no tīkla, bet var to piegādāt tīklam, tādējādi sedzot citu elektrisko uztvērēju reaktīvās enerģijas patēriņu. Sinhronie motori nav piemēroti biežai iedarbināšanai un galvenokārt tiek izmantoti relatīvi stabilām mehāniskām slodzēm un gadījumos, kad nepieciešams nemainīgs griešanās ātrums.

Līdzstrāvas motori izmanto, ja nepieciešama vienmērīga ātruma kontrole. To panāk, mainot armatūras un/vai ierosmes strāvu, izmantojot pusvadītāju ierīces (agrāk ar vadības reostatu palīdzību) vai mainot barošanas spriegumu. Tā kā mūsdienās ir viegli un bez būtiskām efektivitātes izmaiņām (izmantojot frekvences pārveidotājus) vienmērīgi regulēt maiņstrāvas motoru, līdzstrāvas motoru apgriezienus to augstāko izmaksu dēļ, lieli izmēri un regulēšanas laikā radušos papildu zaudējumus sāka izmantot daudz retāk nekā līdz šim.
Stepper motorus darbina sprieguma impulsi. Ar katru impulsu motora rotors griežas noteiktā leņķī (piemēram, par vairākiem grādiem). Šādi motori tiek izmantoti zema ātruma mehānismos, kuriem parasti nepieciešama precīza pozicionēšana. Piemēram, var ražot dzinējus, kas veic vienu apgriezienu dienā vai pat gadā.

Lineārie motori izmantot lineārai kustībai, pārvēršot rotējošu kustību lineārā kustībā, izmantojot mehāniskus pārnesumus vai citas ierīces, ir neiespējama vai nepieņemama. Visbiežāk izmantotie ir asinhronie lineārie motori, taču ir arī sinhronie un soļu lineārie motori un pat līdzstrāvas motori.

Var apsvērt galvenās elektromotoru priekšrocības salīdzinājumā ar iekšdedzes dzinējiem
- mazāki izmēri, mazāks svars un zemākas izmaksas,
- daudz augstāka efektivitāte (parasti 90..95%),
- labāka regulējamība (parasti saglabājot augstu efektivitāti),
- augsta uzticamība un ilgs kalpošanas laiks,
- mazāks troksnis un vibrācija darbības laikā,
- ātra un bez problēmām (ja nepieciešams - vienmērīga) palaišana,
- daudz vienkāršāka darbība,
- nav degvielas patēriņa un līdz ar to arī sadegšanas produktu emisijas vidē,
- ērta savienošana ar jebkādām darba mašīnām un mehānismiem.
Elektromotoru izmantošana var būt problemātiska, ja tie ir jānovieto portatīvajās un mobilajās ierīcēs vai uz tiem transportlīdzekļiem Ak. Strāvas padevei šādos gadījumos tos var izmantot atkarībā no kustības diapazona un rakstura,
- elastīgi kabeļi,
- kontaktvadi vai kontaktstieņi,
- enerģijas avoti, kas novietoti uz mobilajiem transportlīdzekļiem (akumulatori, degvielas šūnas, dzinēju ģeneratori utt.).

Daudzos gadījumos šīs jaudas metodes ierobežo transportlīdzekļu (īpaši automašīnu) vai citas mobilās tehnikas manevrēšanas spēju vai diapazonu tiktāl, ka iekšdedzes dzinēju izmantošana paliek racionālāka. Pirmais elektromotors nebija elektromagnētisks, bet gan elektrostatisks, un to 1748. gadā izgatavoja izdevējs un publiska persona Filadelfijas pilsēta (Filadelfija, ASV) Bendžamins Franklins (1706-1790). Šī dzinēja rotors bija zobains disks, kura zobi bija pakļauti elektrostatisko izlāžu radītiem pievilkšanas un atgrūšanas spēkiem disks veica 12...15 apgriezienus minūtē un varēja izturēt līdz 100; sudraba monētas. Pirmos elektromagnētiskos motorus (ierīces, kurās vai nu vadītājs, caur kuru plūda strāva, griezās ap stieņa magnētu (2. att.), veicot darbu - sajaucot dzīvsudrabu, vai arī stieņu magnētu, kas rotēts ap vadītāju ar strāvu, 1821. gadā izgudroja kāds asistents Londonas Karaliskajā institūtā (Royal Institution) Michael Faraday.

Rīsi. 2. Maikla Faradeja eksperimentālās ierīces elektriskās rotācijas demonstrēšanai uzbūves princips.
1 - rotējošs metāla stienis, 2 - stieņu magnēts, 3 - stikla vai porcelāna trauks, 4 - dzīvsudrabs, 5 - blīvējums, i - strāva

Pirmo (oscilējošo) dzinēju, kuru principā varēja savienot ar darbināmu darba mašīnu, 1831. gadā izgatavoja Džozefs Henrijs (1797-1878), Olbani zēnu skolas (Olbani, ASV) matemātikas un dabas vēstures skolotājs. ; Šī dzinēja konstrukcijas princips ir parādīts attēlā. 3.

Rīsi. 3. Džozefa Henrija oscilējošā elektromotora uzbūves princips.
1 - pastāvīgie magnēti, 2 - šūpojošs elektromagnēts, 3 - vārpsta, 4 - dzīvsudraba kontakti.

Pēc Henrija dzinēja tika izveidoti vairāki dažādi eksperimentāli virzuļvirziena elektromotori. Pirmo rotējošo elektromotoru reālai izmantošanai 1834. gada 8. aprīlī izveidoja Austrumprūsijas Pillau rPiilau ostas inspektors, būvinženieris Morics Hermanis Jakobi (Moritz Hermann Jacobi. 1801-1874), kurš patstāvīgi studēja. elektrotehnika Kēnigsbergas Universitātes bibliotēkā un laboratorijās. Astoņu polu motors, kurā gan stators, gan rotors sastāvēja no četriem pakavveida elektromagnētiem un kas veica 80 ... 120 apgriezienus minūtē, saņēma jaudu no galvanisko elementu akumulatora ar spriegumu 6 V. Tā vārpstas jauda bija aptuveni 15 W, un tā efektivitāte bija aptuveni 13%. Jacobi pētīja un pilnveidoja savu dzinēju, cita starpā, Tartu Universitātē, kur viņu 1835. gadā ievēlēja par civilās arhitektūras profesoru.

Morics Hermanis (vēlāk Krievijā - Boriss Semenovičs) Džeikobijs dzimis 1801. gadā Potsdamā (Potsdama, Vācija) turīgā ģimenē un ieguvis labu izglītību mājās; jau jaunībā vienlīdz labi pārvaldīja vācu, angļu un franču valodas un arī ļoti labi zināja latīņu un sengrieķu valodu. 1828. gadā absolvējis Getingenes Universitāti (Gottingen Vācija), iegūstot arhitekta kvalifikāciju, pēc tam strādājis ceļu būvē un 1833. gadā pārcēlies uz Kēnigsbergu, kur jaunākais brālis Karls Gustavs Džeikobs (1804-1851) bija matemātikas profesors. Viņš sāka strādāt par inspektoru Pillau ostā un apmeklēja Kēnigsbergas universitāti, lai iegūtu zināšanas elektrotehnikā. 1834. gadā viņš uzbūvēja minēto dzinēju un 1835. gadā pēc Tartu universitātes astronomijas profesora Frīdriha Georga Vilhelma Struves iniciatīvas (1793-1864) tika ievēlēts par šīs augstskolas civilās arhitektūras profesoru. Viņa dzinējs izraisīja interesi Sanktpēterburgā, un 1837. gadā Jacobi tika norīkots uz galvaspilsētas Zinātņu akadēmiju, lai izstrādātu elektriskās piedziņas karakuģiem, oficiāli paliekot Tartu universitātes dienestā līdz 1840. gadam. 1838. gadā Jacobi uz Ņevas izmēģināja pasaulē pirmo elektrisko piedziņu ar rotējošu dzinēju (uzstādītu uz jūras laivas), taču turpmākie pētījumi parādīja, ka diemžēl nav tehniski un ekonomiski piemērota enerģijas avota piedziņai.

1839. gadā Jacobi tika ievēlēts par korespondentu locekli, bet 1842. gadā - par Zinātņu akadēmijas locekli un pēc tam galvenokārt nodarbojās ar elektromagnētisko telegrāfu, galvanizācijas un metroloģijas izstrādi. Viņš vairākkārt tikās ar Mihaelu Faradeju, tā laika slavenajiem franču un vācu fiziķiem.

19. gadsimta vidū tika izstrādātas vēl vairākas līdzstrāvas motoru šķirnes, taču to praktisko izmantošanu apgrūtināja zemā jauda un, kā jau bija konstatējis Jacobi, nepietiekama. ekonomiskā efektivitāte tā laika enerģijas avoti - galvaniskie elementi un primitīvie elektromašīnu ģeneratori. Plašāka elektromotoru izmantošana kļuva iespējama tikai 1866. gadā pēc pašu ierosmes līdzstrāvas ģeneratoru parādīšanās.

Pēc daudzfāzu maiņstrāvas sistēmas parādīšanās vācu uzņēmums AEG sāka pētīt izmantošanas iespējas asinhronie motori, ko izgudroja tās galvenais inženieris Mihails Dolivo-Dobrowolskis (vācu valodā Michael von Dolivo-Dobrowolsky) un 1889. gada 8. martā iesniedza pieteikumu par vāveres būra asinhronā dzinēja patentēšanu. Pēc tam sāka plaši izmantot uzticamus un ļoti efektīvus maiņstrāvas motorus. Šobrīd visi augstāk minētie elektromotori ir sasnieguši ļoti augstu tehnisko līmeni un ir visplašākais pielietojums stacionārajās iekārtās un iekšā pēdējā laikā arvien vairāk transportlīdzekļos.

Elektromotors ir viens no galvenajiem cilvēces izgudrojumiem. Pateicoties elektromotoriem, mums izdevās sasniegt tik augstu mūsu civilizācijas attīstību. Šīs ierīces darbības pamatprincipi tiek apgūti skolā. Mūsdienu elektromotors var veikt daudz dažādu uzdevumu. Tās darbības pamatā ir elektriskās piedziņas vārpstas rotācijas pārnešana uz citiem kustības veidiem. Šajā rakstā mēs sīkāk aplūkosim, kā šī ierīce darbojas.

Elektromotoru raksturojums

Elektromotors būtībā ir ierīce, caur kuru elektroenerģiju pārvērš mehāniskajā enerģijā. Šīs parādības pamatā ir magnētisms. Attiecīgi elektromotora konstrukcijā ir iekļauti pastāvīgie magnēti un elektriskie magnēti, kā arī dažādi citi materiāli, kuriem piemīt pievilcīgas īpašības. Mūsdienās šī ierīce tiek izmantota gandrīz visur. Piemēram, pulksteņu, veļas mazgājamo mašīnu, gaisa kondicionieru, maisītāju, matu žāvētāju, ventilatoru, gaisa kondicionētāju un citu sadzīves tehnikas galvenā sastāvdaļa ir elektromotors. Elektromotora izmantošanai rūpniecībā ir neskaitāmas iespējas. To izmēri arī atšķiras no sērkociņa galvas līdz vilcienu dzinējam.

Elektromotoru veidi

Pašlaik tiek ražoti daudzu veidu elektromotori, kas tiek sadalīti pēc konstrukcijas veida un barošanas avota.

Pēc barošanas principa Visus modeļus var iedalīt:

Maiņstrāvas ierīces, kas izmanto elektrotīklu kā barošanu;
Līdzstrāvas ierīces, ko darbina barošanas avoti, AA baterijas, atkārtoti uzlādējamas baterijas un citi līdzīgi avoti.

Saskaņā ar darbības mehānismu visi elektromotori ir sadalīti:

sinhroni, ar rotora tinumiem un suku mehānismu, ko izmanto elektriskās strāvas padevei tinumos;
asinhrons, ko raksturo vienkāršāka konstrukcija bez sukām un rotora tinumiem.

Šo elektromotoru darbības princips būtiski atšķiras. Sinhronais motors griežas ar tādu pašu ātrumu kā magnētiskais lauks, kas to griež. Tajā pašā laikā asinhronais motors griežas ar mazāku ātrumu nekā elektromagnētiskais lauks.

Motoru klases (atšķiras atkarībā no izmantotās strāvas) :

klase AC (Maiņstrāva) - darbojas no maiņstrāvas avota;
klase DC (Direct Current) - ekspluatācijai izmanto līdzstrāvu;
universāla klase, kuras darbībai var izmantot jebkuru strāvas avotu.

Turklāt elektromotori var atšķirties ne tikai pēc konstrukcijas veida, bet arī pēc griešanās ātruma regulēšanas metodēm. Tajā pašā laikā visas ierīces neatkarīgi no veida izmanto vienu un to pašu pārveidošanas principu elektriskā enerģija uz mehānisku.

Iekārtas darbības princips ar līdzstrāvu

Šāda veida elektromotors darbojas pēc principa, ko Maikls Faradejs izstrādāja tālajā 1821. gadā. Viņa atklājums ir tāds, ka tad, kad elektriskais impulss mijiedarbojas ar magnētu, pastāv pastāvīgas rotācijas iespēja. Tas ir, ja jūs atzīmējat vertikālu rāmi magnētiskajā laukā un iet pa to elektriskā strāva, tad ap vadītāju var rasties elektromagnētiskais lauks. Tas būs tiešā saskarē ar magnētu poliem. Izrādās, ka rāmis tiks pievilkts vienam no magnētiem un atgrūsts no otra. Attiecīgi tas pagriezīsies no vertikālā stāvokļa uz horizontālu, kurā magnētiskā lauka ietekme uz vadītāju būs nulle. Izrādās, ka, lai turpinātu kustību, būs nepieciešams papildināt konstrukciju ar citu rāmi leņķī vai mainīt strāvas virzienu pirmajā kadrā. Lielākajā daļā ierīču tas tiek panākts ar diviem pusgredzeniem, kuriem ir piestiprinātas akumulatora kontaktplāksnes. Tie veicina strauju polaritātes maiņu, izraisot kustību turpināšanu.

Mūsdienu elektromotoriem nav pastāvīgo magnētu, jo to vietu ieņem elektriskie magnēti un induktori. Tas ir, ja jūs izjaucat šādu dzinēju, jūs redzēsit stieples pagriezienus, kas pārklāti ar izolācijas savienojumu. Faktiski tie ir elektromagnēts, ko sauc arī par ierosmes tinumu. Pastāvīgie magnēti elektromotoru konstrukcijā tiek izmantoti tikai mazās bērnu rotaļlietās, kuras darbina AA baterijas. Visi pārējie jaudīgākie elektromotori ir aprīkoti tikai ar elektriskajiem magnētiem vai tinumiem. Tajā pašā laikā rotējošo daļu sauc par rotoru, bet statisko daļu sauc par statoru.

Kā darbojas asinhronais elektromotors?

Asinhronā motora korpusā ir statora tinumi, kas rada rotējošu magnētisko lauku. Tinumu savienošanas galus izvada caur īpašu spaiļu bloku. Dzesēšanu veic ar ventilatoru, kas atrodas uz vārpstas elektromotora galā. Rotors ir cieši savienots ar vārpstu, kas izgatavota no metāla stieņiem. Šie īsslēgtie stieņi ir savienoti viens ar otru no abām pusēm. Pateicoties šādai konstrukcijai, motoram nav nepieciešama periodiska apkope, jo nav nepieciešams laiku pa laikam mainīt strāvas padeves sukas. Tāpēc asinhronie motori tiek uzskatīti par uzticamākiem un izturīgākiem nekā sinhronie. Galvenais asinhrono motoru atteices cēlonis ir to gultņu nodilums, uz kuriem vārpsta griežas.

Lai asinhronie motori darbotos, ir nepieciešams, lai rotors grieztos lēnāk nekā statora elektromagnētiskā lauka rotācija. Tas ir saistīts ar to, ka rotorā rodas elektriskā strāva. Ja rotācija tiktu veikta ar tādu pašu ātrumu, tad saskaņā ar indukcijas likumu EML neveidotos, un nebūtu arī rotācijas kopumā. Tomēr iekšā īstā dzīve Sakarā ar gultņu berzi un palielinātu slodzi uz vārpstu, rotors griezīsies lēnāk. Magnētiskie stabi regulāri rotē rotora tinumos, kā rezultātā pastāvīgi mainās strāvas virziens rotorā.

Arī ripzāģis darbojas pēc tāda paša principa, jo tas sasniedz lielāko ātrumu bez slodzes. Kad zāģis sāk griezt dēli, tā griešanās ātrums samazinās un tajā pašā laikā rotors sāk griezties lēnāk attiecībā pret elektromagnētisko lauku. Attiecīgi saskaņā ar elektrotehnikas likumiem tajā sāk rasties vēl lielāka EML vērtība. Pēc tam palielinās motora patērētā strāva un tas sāk darboties ar pilnu jaudu. Pie slodzes, pie kuras motors apstājas, var tikt bojāts vāveres būra rotors. Tas notiek tāpēc, ka motorā ir maksimālā EML vērtība. Tāpēc ir jāizvēlas vajadzīgās jaudas elektromotors. Ja izmantojat dzinēju ar pārāk lielu jaudu, tas var radīt nevajadzīgas enerģijas izmaksas.

Rotora rotācijas ātrums šajā gadījumā ir atkarīgs no polu skaita. Ja ierīcei ir divi stabi, tad griešanās ātrums atbildīs magnētiskā lauka griešanās ātrumam. Maksimālais asinhronais elektromotors var attīstīt līdz 3 tūkstošiem apgriezienu sekundē. Tīkla frekvence var būt līdz 50 Hz. Lai samazinātu ātrumu uz pusi, jums būs jāpalielina statora polu skaits līdz 4 un tā tālāk. Vienīgais asinhrono motoru trūkums ir tas, ka tos var regulēt tikai mainot elektriskās strāvas frekvenci. Turklāt asinhronajā motorā jūs nevarēsit sasniegt nemainīgu vārpstas ātrumu.

Kā darbojas maiņstrāvas sinhronais elektromotors?

Sinhronais elektromotors tiek izmantots gadījumos, kad nepieciešams nemainīgs griešanās ātrums un spēja to ātri regulēt. Turklāt sinhronais motors tiek izmantots tur, kur nepieciešams sasniegt griešanās ātrumu, kas pārsniedz 3 tūkstošus apgriezienu, kas ir asinhronā motora ierobežojums. Tāpēc šāda veida elektromotors ir izdevīgi izmantots sadzīves tehnika, piemēram, putekļsūcējs, elektriskie instrumenti, veļas mašīna un tā tālāk.

Maiņstrāvas sinhronā motora korpusā ir tinumi, kas ir aptīti ap armatūru un rotoru. To kontakti ir pielodēti pie strāvas kolektora un gredzena sektoriem, kuriem tiek pielikts spriegums, izmantojot grafīta sukas. Šeit esošās spailes ir sakārtotas tā, lai birstes vienmēr nodrošinātu spriegumu tikai vienam pārim. Starp sinhronā motora trūkumiem var atzīmēt to zemāku uzticamību salīdzinājumā ar asinhronajiem motoriem.

Biežākie sinhrono motoru bojājumi:

Priekšlaicīga suku nodilums vai slikts kontakts atsperes vājināšanās dēļ.
Kolektora piesārņojums, ko var notīrīt ar spirtu vai smalku smilšpapīru.
Gultņu nodilums.

Sinhronā motora darbības princips

Griezes momentu šādā elektromotorā rada mijiedarbība starp magnētisko lauku un armatūras strāvu, kas lauka tinumā saskaras viens ar otru. Tā kā maiņstrāva tiek virzīta, mainīsies arī magnētiskās plūsmas virziens, kas nodrošina rotāciju tikai vienā virzienā. Rotācijas ātrumu regulē, mainot pielietotā sprieguma stiprumu. Sprieguma ātruma maiņa visbiežāk tiek izmantota putekļsūcējos un urbjos, kur šim nolūkam izmanto mainīgu pretestību jeb reostatu.

Atsevišķu dzinēju tipu darbības mehānisms

Rūpnieciskie elektromotori var darboties gan ar līdzstrāvu, gan ar maiņstrāvu. To konstrukcijas pamatā ir stators, kas ir elektromagnēts, kas rada magnētisko lauku. Rūpnieciskais elektromotors satur tinumus, kas pārmaiņus tiek savienoti ar strāvas avotu, izmantojot otas. Viņi pārmaiņus pagriež rotoru noteiktā leņķī, kas to iedarbina.

Vienkāršākais bērnu rotaļlietu elektromotors var darboties tikai ar līdzstrāvu. Tas ir, tas var saņemt strāvu no AA baterijas vai akumulatora. Šajā gadījumā strāva iet caur rāmi, kas atrodas starp pastāvīgā magnēta poliem. Pateicoties rāmja magnētisko lauku mijiedarbībai ar magnētu, tas sāk griezties. Katra pusapgrieziena beigās kolektors pārslēdz kontaktus rāmī, kas iet uz akumulatoru. Tā rezultātā rāmis veic rotācijas kustības.

Tādējādi šodien ir liels skaits dažādu mērķu elektromotori, kuriem ir viens darbības princips.

Elektromotors ir elektriskā mašīna, kas pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Parasti elektriskā mašīna veic mehānisku darbu, patērējot tai pievadīto elektrisko enerģiju, kas tiek pārvērsta rotācijas kustībā. Tehnoloģijā ir arī lineārie motori, kas var nekavējoties radīt darba ķermeņa translācijas kustību.

Dizaina iezīmes un darbības princips

Nav svarīgi, kura dizains, bet jebkura elektromotora konstrukcija ir vienāda. Rotors un stators atrodas cilindriskas rievas iekšpusē. Rotora rotāciju ierosina magnētiskais lauks, kas atgrūž tā polus no statora (stacionārais tinums). Pastāvīgu atgrūšanu var uzturēt, atkārtoti savienojot rotora tinumus vai veidojot rotējošu magnētisko lauku tieši statorā. Pirmā metode ir raksturīga kolektoru elektromotoriem, bet otrā - asinhroniem trīsfāzu motoriem.

Jebkuru elektromotoru korpuss parasti ir čuguns vai izgatavots no alumīnija sakausējuma. Viena veida motori, neskatoties uz korpusa konstrukciju, tiek ražoti ar vienādiem uzstādīšanas izmēriem un elektriskajiem parametriem.

Elektromotora darbība ir balstīta uz principiem elektromagnētiskā indukcija. Magnētiskā un elektriskā enerģija slēgtā ķēdē rada elektromotora spēku, kas vada strāvu. Šis īpašums ir raksturīgs jebkuras elektriskās mašīnas darbībai.

Kustīgu elektrisko strāvu magnētiskā lauka vidū pastāvīgi ietekmē mehāniskais spēks, strauji cenšoties novirzīt lādiņu virzienu perpendikulāri spēkam magnētiskās līnijas lidmašīna. Elektriskās strāvas pārejas laikā caur metāla vadītāju vai spoli mehāniskais spēks cenšas pārvietot vai pagriezt visu tinumu un katru strāvas vadītāju.

Elektromotoru mērķis un pielietojums

Elektriskajām mašīnām ir daudz funkciju, tās spēj pastiprināt elektrisko signālu jaudu, pārveidot sprieguma vērtības vai maiņstrāvu līdzstrāvā utt. dažādas darbības Ir dažāda veida elektriskās mašīnas. Dzinējs ir elektriskās mašīnas veids, kas paredzēts enerģijas pārveidošanai. Proti, šāda veida ierīces pārvērš elektrisko enerģiju dzinējspēkā vai mehāniskā darbā.

Tas ir ļoti pieprasīts daudzās nozarēs. Tos plaši izmanto rūpniecībā, dažādu mērķu iekārtās un citās iekārtās. Mašīnbūvē, piemēram, zemes rakšanas un celšanas mašīnas. Tie ir izplatīti arī apgabalos tautsaimniecība un sadzīves tehnika.

Elektromotoru klasifikācija

Elektromotors ir elektriskās mašīnas veids saskaņā ar:

Radītā griezes momenta specifika:
histerēze;
magnetoelektrisks.
Stiprinājuma struktūra:
ar horizontālu vārpstas izvietojumu;
ar vertikālu vārpstas novietojumu.
Darbības aizsardzība ārējā vide:
aizsargāts;
slēgts;
sprādziendrošas.

Histerēzes ierīcēs griezes momentu ģenerē rotora magnetizācijas maiņa vai histerēze (piesātinājums). Šos dzinējus rūpniecībā izmanto maz un neuzskata par tradicionāliem. Magnetoelektriskie motori ir pieprasīti. Ir daudz šo dzinēju modifikāciju.

Tie ir sadalīti lielās grupās atkarībā no plūstošās strāvas veida:

Līdzstrāva.
Maiņstrāva.
Universālie motori (darbojas ar līdzstrāvu maiņstrāvu).

Magnetoelektrisko līdzstrāvas motoru īpašības

Izmantojot līdzstrāvas motorus, tiek radītas regulējamas elektriskās piedziņas ar augstu veiktspēju un dinamisku veiktspēju.

Elektromotoru veidi:

Ar elektromagnētiem.
Ar pastāvīgajiem magnētiem.

Ar līdzstrāvu darbināmo elektromotoru grupa ir sadalīta apakštipos:

Kolekcionārs . Šajās elektroierīcēs ir birstes-komutatora bloks, kas nodrošina elektrisko savienojumu starp dzinēja stacionārajām un rotējošām daļām. Ierīces ir aprīkotas ar pašieskumšanu un neatkarīgu ierosmi no pastāvīgajiem magnētiem un elektromagnētiem.
Izšķir šādus motoru pašiedvesmas veidus:
paralēli;
secīgs;
sajaukts.
Kolektora ierīcēm ir vairāki trūkumi:
Zema ierīču uzticamība.
Birstes-komutatora bloks ir diezgan grūti kopjama magnetoelektriskā motora sastāvdaļa.
Bez kolektora (vārsts) . Tie ir slēgta cikla motori, kas darbojas pēc līdzīga principa kā sinhronās ierīces. Aprīkots ar rotora pozīcijas sensoru, koordinātu pārveidotāju, kā arī invertoru un jaudas pusvadītāju pārveidotāju.

Šīs mašīnas tiek ražotas dažādos izmēros no mazākā zemsprieguma līdz milzīgiem izmēriem (galvenokārt līdz megavatiem). Miniatūrie elektromotori tiek izmantoti datoros, tālruņos, rotaļlietās, bezvadu elektroinstrumentos u.c.

Līdzstrāvas motoru pielietojumi, plusi un mīnusi

Līdzstrāvas elektriskās mašīnas tiek izmantotas dažādās jomās. Tos izmanto celšanas un transportēšanas, krāsošanas un apdares ražošanas iekārtu, kā arī polimēru un papīra ražošanas iekārtu u.c. Bieži vien šāda veida elektromotors tiek iebūvēts urbšanas iekārtās, ekskavatoru palīgierīcēs un cita veida elektriskajos transportlīdzekļos.

Elektromotoru priekšrocības:

Vienkārša vadība un ātruma regulēšana.
Dizaina vienkāršība.
Lieliskas starta īpašības.
Kompaktums.
Iespēja darboties dažādos režīmos (motors un ģenerators).

Dzinēju trūkumi:

Komutatoru motoriem ir nepieciešama sarežģīta birstes-komutatoru bloku profilaktiskā apkope.
Augstas ražošanas izmaksas.
Kolektora ierīcēm nav ilgtermiņa serviss paša kolektora nolietojuma dēļ.

Maiņstrāvas motors

Maiņstrāvas elektromotoros elektriskā strāva tiek aprakstīta pēc sinusoidālas harmonikas likuma, periodiski mainot tās zīmi (virzienu).

Šo ierīču stators ir izgatavots no feromagnētiskām plāksnēm, kurām ir spraugas tinumu pagriezienu ievietošanai tajās ar spoles konfigurāciju.

Elektromotori tiek klasificēti pēc to darbības principa sinhrona un asinhrona . To galvenā atšķirība ir tāda, ka statora magnētiskā spēka ātrums sinhronajās ierīcēs ir vienāds ar rotora griešanās ātrumu, bet asinhronajos motoros šie ātrumi nesakrīt parasti rotors griežas lēnāk nekā lauks.

Sinhronais motors

Sakarā ar identisku (sinhronu) rotora rotāciju ar magnētisko lauku, ierīces sauc par sinhronajiem elektromotoriem. Tie ir sadalīti apakšsugās:

Reaktīvs.
Steperis.
Reaktīvā histerēze.
Ar pastāvīgajiem magnētiem.
Ar lauka tinumiem.
Vārsts reaktīvs.
Hibrīda pretestības sinhronais motors.

Lielākā daļa datortehnika aprīkots ar pakāpju motoriem. Enerģijas pārveidošana šajās ierīcēs ir balstīta uz diskrētu rotora leņķisko kustību. Stepper motoriem ir augsta produktivitāte neatkarīgi no to mazā izmēra.

Sinhrono motoru priekšrocības:

Stabils griešanās ātrums, kas nav atkarīgs no vārpstas mehāniskajām slodzēm.
Zema jutība pret sprieguma pārspriegumiem.
Var darboties kā strāvas ģenerators.
Samaziniet spēkstaciju nodrošinātās elektroenerģijas patēriņu.

Sinhrono ierīču trūkumi:

Grūtības sākt.
Dizaina sarežģītība.
Grūtības regulēt rotācijas ātrumu.

Sinhronā motora trūkumi padara asinhronā tipa elektromotora lietošanu izdevīgāku. Tomēr lielākā daļa sinhrono motoru, pateicoties to pastāvīgai darbībai, ir pieprasīti uzstādīšanai kompresoros, ģeneratoros, sūkņos, kā arī lielos ventilatoros un citās iekārtās.

Asinhronais elektromotors

Asinhrono motoru stators ir sadalīts divfāžu, trīsfāžu vai retāk daudzfāžu tinums. Rotors ir izgatavots cilindra formā, izmantojot varu, alumīniju vai metālu. Tās rievas satur vai nu nospiestus vadošus vadītājus pret rotācijas asi noteiktā leņķī. Tie ir savienoti vienā vienībā rotora galos. Pretstrāvu rotorā ierosina mainīgais statora magnētiskais lauks.

Pamatojoties uz to konstrukcijas iezīmēm, ir divu veidu asinhronie motori:

Ar brūču rotoru.
Ar vāveres būra rotoru.

Pretējā gadījumā ierīču dizains neatšķiras; Pamatojoties uz tinumu skaitu, izšķir šādus elektromotorus:

Vienfāzes. Šāda veida dzinējs neieslēdzas pats no sevis, tas prasa iedarbināšanas spiedienu. Šim nolūkam tiek izmantots palaišanas tinums vai fāzes maiņas ķēde. Ierīces tiek iedarbinātas arī manuāli.
Divfāzu. Šajās ierīcēs ir divi tinumi ar fāzēm, kas nobīdītas par leņķi. Ierīcē parādās rotējošs magnētiskais lauks, kura intensitāte pie viena tinuma poliem palielinās un vienlaikus samazinās otrā.
Divfāzu elektromotors var iedarbināties pats, taču ir grūtības ar reversu. Bieži vien šāda veida ierīces ir savienotas ar vienfāzes tīkliem, ieskaitot otro fāzi caur kondensatoru.
Trīsfāzu. Šo elektromotoru veidu priekšrocība ir viegli apgriezta. Galvenās motora daļas ir stators ar trim tinumiem un rotoru. Ļauj vienmērīgi regulēt rotora ātrumu. Šīs ierīces ir diezgan pieprasītas rūpniecībā un tehnoloģijās.
Daudzfāze . Šīs ierīces sastāv no iebūvēta daudzfāzu tinuma statora spraugās uz tā iekšējās virsmas. Šie dzinēji garantē augstu darbības uzticamību un tiek uzskatīti par progresīviem dzinēju modeļiem.

Asinhronie elektromotori ievērojami atvieglo cilvēku darbu, tāpēc tie ir neaizstājami daudzās jomās.

Šo ierīču priekšrocības, kurām bija nozīme to popularitātē, ir šādas:

Ražošanas vieglums.
Augsta uzticamība.
Tie neprasa, lai pārveidotāji būtu savienoti ar tīklu.
Zemas ekspluatācijas izmaksas.

Tam visam var pievienot asinhrono ierīču relatīvās izmaksas. Bet tiem ir arī trūkumi:

Zems jaudas koeficients.
Grūtības precīzi pielāgot ātrumu.
Neliels sākuma punkts.
Atkarība no tīkla sprieguma.

Bet, pateicoties elektromotora darbināšanai, izmantojot frekvences pārveidotāju, daži ierīces trūkumi tiek novērsti. Tāpēc nepieciešamība pēc asinhronajiem motoriem nemazinās. Tos izmanto dažādu darbgaldu piedziņās metālapstrādes, kokapstrādes uc jomās. Tās ir vajadzīgas aušanas, šūšanas, rakšanas, celšanas un cita veida mašīnās, kā arī ventilatoros, sūkņos, centrifūgās, dažādos elektroinstrumentos un mājsaimniecībā. ierīces.

Mūsdienās nav iespējams iedomāties cilvēku civilizāciju un augsto tehnoloģiju sabiedrību bez elektrības. Viena no galvenajām ierīcēm, kas nodrošina elektroierīču darbību, ir dzinējs. Šī iekārta tiek plaši izmantota: no rūpniecības (ventilatori, drupinātāji, kompresori) līdz mājsaimniecības lietošanai (veļas mašīnas, urbji utt.). Bet kāds ir elektromotora darbības princips?

Mērķis

Elektromotora darbības princips un tā galvenie mērķi ir nodot darba struktūrām nepieciešamo tehnoloģiskie procesi mehāniskā enerģija. Dzinējs pats to ražo, izmantojot elektroenerģiju, kas patērēta no tīkla. Būtībā elektromotora darbības princips ir pārveidot elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Mehāniskās enerģijas daudzumu, ko tas saražo vienā laika vienībā, sauc par jaudu.

Dzinēju veidi

Atkarībā no barošanas tīkla īpašībām var izdalīt divus galvenos motoru veidus: līdzstrāvu un maiņstrāvu. Visizplatītākie ir motori ar secīgu, neatkarīgu un jauktu ierosmi. Motoru piemēri ir sinhronās un asinhronās mašīnas. Neskatoties uz šķietamo daudzveidību, jebkuram nolūkam paredzētā elektromotora konstrukcija un darbības princips ir balstīts uz vadītāja mijiedarbību ar strāvu un magnētisko lauku vai pastāvīgā magnēta (feromagnētiskā objekta) mijiedarbību ar magnētisko lauku.

Rāmis ar strāvu - dzinēja prototips

Galveno punktu tādā jautājumā kā elektromotora darbības princips var saukt par griezes momenta izskatu. Šo parādību var aplūkot, izmantojot strāvu nesoša rāmja piemēru, kas sastāv no diviem vadītājiem un magnēta. Strāva tiek piegādāta vadītājiem caur slīdgredzeniem, kas piestiprināti pie rotējošā rāmja ass. Saskaņā ar slaveno kreisās rokas likumu uz rāmi iedarbosies spēki, kas radīs griezes momentu ap asi. Šī kopējā spēka ietekmē tas griezīsies pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Ir zināms, ka šis griezes moments ir tieši proporcionāls magnētiskajai indukcijai (B), (I), rāmja laukumam (S) un ir atkarīgs no leņķa starp lauka līnijām un pēdējās asi. Tomēr mirkļa ietekmē, kas mainās tā virzienā, rāmis izveidos svārstīgas kustības. Kas būtu jādara, lai izveidotu pastāvīgu virzienu? Šeit ir divas iespējas:

mainīt elektriskās strāvas virzienu rāmī un vadītāju stāvokli attiecībā pret magnēta poliem;
mainīt paša lauka virzienu, neskatoties uz to, ka rāmis griežas tajā pašā virzienā.

Pirmā opcija tiek izmantota līdzstrāvas motoriem. Un otrais ir maiņstrāvas motora darbības princips.

Strāvas virziena maiņa attiecībā pret magnētu

Lai mainītu strāvas rāmjus vadītājā, nepieciešama ierīce, kas iestatītu šo virzienu atkarībā no vadītāju atrašanās vietas. Šis dizains tiek realizēts, izmantojot bīdāmos kontaktus, kas kalpo strāvas padevei rāmim. Vienam gredzenam nomainot divus, rāmi pagriežot par pusapgriezienu, strāvas virziens mainās uz pretējo, bet griezes moments to uztur. Ir svarīgi ņemt vērā, ka viens gredzens ir salikts no divām pusēm, kuras ir izolētas viena no otras.

Līdzstrāvas mašīnu dizains

Iepriekš minētais piemērs ir līdzstrāvas motora darbības princips. Reālajai mašīnai, protams, ir sarežģītāks dizains, izmantojot desmitiem rāmju, kas veido armatūras tinumu. Šī tinuma vadītāji ir ievietoti īpašās rievās cilindriskā feromagnētiskajā kodolā. Tinumu gali ir savienoti ar izolētiem gredzeniem, kas veido kolektoru. Tinums, komutators un kodols ir armatūra, kas griežas gultņos uz paša dzinēja korpusa. Uzbudinājuma magnētisko lauku rada pastāvīgo magnētu stabi, kas atrodas korpusā. Tinums ir savienots ar barošanas tīklu, un to var ieslēgt neatkarīgi no armatūras ķēdes vai virknē. Pirmajā gadījumā elektromotoram būs neatkarīga ierosme, otrajā - secīga. Ir arī dizains ar jauktu ierosmi, kad vienlaikus tiek izmantoti divu veidu tinumu savienojumi.

Sinhronā mašīna

Darbības princips ir nepieciešamība izveidot rotējošu magnētisko lauku. Tad šajā laukā jāievieto vadītāji, kas plūst ap pastāvīgu strāvu šajā laukā. Rūpniecībā ļoti plaši izplatītā sinhronā elektromotora darbības princips ir balstīts uz iepriekš minēto piemēru ar strāvu nesošo rāmi. Magnēta radīto rotējošo lauku ģenerē tinumu sistēma, kas ir savienota ar barošanas avotu. Parasti tiek izmantoti trīsfāzu tinumi, taču maiņstrāvas darbības princips neatšķirsies no trīsfāzu, izņemot, iespējams, ar pašu fāžu skaitu, kas nav nozīmīgs, ņemot vērā konstrukcijas iezīmes. Tinumi ir novietoti statora spraugās ar nelielu nobīdi ap apkārtmēru. Tas tiek darīts, lai izveidotajā gaisa spraugā izveidotu rotējošu magnētisko lauku.

Sinhronisms

Ļoti svarīgs punkts ir iepriekš minētās konstrukcijas elektromotora sinhrona darbība. Kad magnētiskais lauks mijiedarbojas ar strāvu rotora tinumā, veidojas pats motora griešanās process, kas būs sinhrons attiecībā pret statora izveidotā magnētiskā lauka rotāciju. Sinhronisms tiks saglabāts, līdz tiks sasniegts maksimālais griezes moments, ko izraisa pretestība. Palielinoties slodzei, iekārta var izkļūt no sinhronizācijas.

Asinhronais motors

Darbības princips ir rotējoša magnētiskā lauka un slēgtu rāmju (ķēžu) klātbūtne uz rotora - rotējošās daļas. Magnētiskais lauks tiek ģenerēts tāpat kā sinhronajā motorā - ar tinumu palīdzību, kas atrodas statora spraugās, kas ir savienoti ar maiņstrāvas tīklu. Rotora tinumi sastāv no duci slēgtu cilpu un rāmju, un tiem parasti ir divu veidu konstrukcija: fāze un īssavienojums. Maiņstrāvas motora darbības princips abās versijās ir vienāds, mainās tikai dizains. Vāveres būra rotora (pazīstama arī kā vāveres būra) gadījumā tinums ir iepildīts ar izkausētu alumīniju spraugās. Veicot fāzes tinumu, katras fāzes galus izvelk, izmantojot bīdāmos kontaktgredzenus, jo tas ļaus ķēdē iekļaut papildu rezistorus, kas nepieciešami motora apgriezienu regulēšanai.

Vilces mašīna

Vilces motora darbības princips ir līdzīgs līdzstrāvas motoram. No barošanas tīkla strāva tiek piegādāta uz Nākamo, trīsfāzu maiņstrāva tiek pārsūtīta uz īpašiem Ir taisngriezis. Tas pārvērš maiņstrāvu līdzstrāvā. Saskaņā ar diagrammu viena no tās polaritātēm tiek veikta uz kontaktvadiem, otrā - tieši uz sliedēm. Jāatceras, ka daudzi vilces mehānismi darbojas ar frekvenci, kas atšķiras no noteiktā rūpnieciskā (50 Hz). Tāpēc viņi izmanto darbības principu, kas ir pārveidot frekvences un kontrolēt šo raksturlielumu.

Caur pacelto pantogrāfu spriegums tiek piegādāts kamerām, kurās atrodas palaišanas reostati un kontaktori. Izmantojot kontrolierus, reostati tiek savienoti ar vilces motoriem, kas atrodas uz ratiņu asīm. No tiem strāva pa riepām plūst uz sliedēm un pēc tam atgriežas vilces apakšstacijā, tādējādi pabeidzot elektrisko ķēdi.

Elektromotors ir motors, kas pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā.

Elektromotora galvenā daļa ir ķēde (rāmis, spole) ar strāvu, kas atrodas spēcīgā magnētiskajā laukā (1. att.). Uz ķēdi magnētiskajā laukā iedarbojas griezes moments, kā rezultātā ķēde griežas un apstājas līdzsvara stāvoklī, t.i. stāvoklī, kurā tā magnētiskais moments ir vērsts paralēli magnētiskajai indukcijai (kontūras plakne ir perpendikulāra magnētiskā lauka indukcijas līnijām).

Ja, ķēdei ejot cauri līdzsvara stāvoklim, strāvas virziens mainās uz pretējo, tad mainīsies arī magnētiskā momenta virziens. Izgājusi līdzsvara stāvokli ar inerci, ķēde veiks vēl pusapgriezienu. Ja periodiski maināt strāvas virzienu, ķēde sāks griezties. Strāvas virziena maiņa tiek veikta automātiski, izmantojot ierīci, ko sauc par kolektoru. Kolektors sastāv no diviem metāla puscilindriem, kuriem ir pievienoti ķēdes gali. Caur tiem un bīdāmajiem kontaktiem (sukām) ķēde ir savienota ar strāvas avotu.

Lielākais moments iedarbojas uz ķēdi, kuras plakne ir paralēla magnētiskajai indukcijai. Līdz ar to, novietojot divas ķēdes vienu otrai perpendikulāri un pievedot to galus uz ceturtdaļgredzena kolektoru (2. att.), tad strauji palielināsies griezes moments un palielināsies dzinēja kustīgās daļas (rotora) gludums.

Rūpnieciskajos motoros magnētisko lauku rada elektromagnēta tinums; rotorā ir izveidotas rievas, kurās ievietoti daudzi vienas sekcijas apgriezieni (rāmja vietā); dažādas sekcijas ir novietotas leņķī viena pret otru, un to gali ir izvilkti pretējās komutatora pusēs, pie kurām tiek piespiestas strāvas avotam pievienotās birstes. No strāvas avota spriegums tiek piegādāts statora (motora stacionārās daļas) elektromagnētiem. Caur katru sekciju strāva plūst tikai tad, kad tās plāksnes pieskaras sukām, t.i. kad šī posma plakne ir paralēla magnētiskās indukcijas vektoram. Šajā gadījumā sekcijas pārmaiņus rada lielāko griezes momentu.

Magnētu vai elektromagnētu, kas rada magnētisko lauku, bieži sauc par induktors, un rāmi (tinumu), caur kuru tiek izvadīta elektriskā strāva, sauc par armatūru.

Elektromotora galvenais darbības raksturlielums ir griezes moments M, ko uz motora vārpstas rada ampēra spēks, kas iedarbojas uz armatūras tinumiem:

kur I ir strāvas stiprums tinumā, B ir magnētiskā lauka indukcija, l ir vadītāja garums, r ir rotora rādiuss, N ir apgriezienu skaits tinumā.

Šādi līdzstrāvas motori tiek izmantoti transportā (elektriskajās lokomotīvēs, tramvajos, trolejbusos), celtņos un daudzās sadzīves elektroierīcēs (elektriskajos skuvekļos, magnetofonos utt.).

Ar līdzstrāvas elektromotora - startera - palīdzību tiek iedarbināts automašīnas dzinējs.