Принципът на действие и устройството на електродвигателя

Всеки електрически двигател е проектиран да извършва механична работа поради консумацията на електричество, приложено към него, което обикновено се превръща в въртящо се движение. Въпреки че в технологиите има модели, които веднага създават транслационно движение на работното тяло. Те се наричат ​​линейни двигатели.

В промишлените инсталации електрическите двигатели задвижват различни металорежещи машини и механични устройства, участващи в технологичния производствен процес.

Вътре в домакинските уреди електрическите двигатели работят в перални машини, прахосмукачки, компютри, сешоари, детски играчки, часовници и много други устройства.

Основни физични процеси и принцип на действие

При придвижване вътре магнитно поле електрическите заряди, които се наричат ​​електрически токове, винаги имат механична сила, която има тенденция да отклонява посоката им в равнина, перпендикулярна на ориентацията на линиите на магнитното поле. Когато електрически ток преминава през метален проводник или намотка, направена от него, тази сила има тенденция да премества / завърта всеки проводник с ток и цялата намотка като цяло.

Снимката по -долу показва метална рамка, през която тече ток. Приложеното към него магнитно поле създава сила F за всеки клон на рамката, което създава въртеливо движение.

Това свойство на взаимодействието на електрическа и магнитна енергия, основаващо се на създаване на електромоторна сила в затворен проводящ контур, се поставя в действие на всеки електродвигател. Дизайнът му включва:

• намотка, през която протича електрически ток. Той е поставен върху специална анкерна сърцевина и фиксиран в ротационни лагери за намаляване на съпротивлението на силите на триене. Този дизайн се нарича ротор;

• статор, който създава магнитно поле, което със силовите си линии прониква през електрически заряди, преминаващи по завоите на намотката на ротора;

• корпус за поставяне на статор. Вътре в тялото са направени специални седалки, вътре в които са монтирани външните клетки на лагерите на ротора.

Опростеният дизайн на най -простия електродвигател може да бъде представен със снимка от следната форма.

Когато роторът се върти, се генерира въртящ момент, чиято мощност зависи от общия дизайн на устройството, количеството приложена електрическа енергия и загубите му по време на преобразувания.

Величината на максималната възможна мощност на въртящия момент на двигателя винаги е по -малка от електрическата енергия, приложена към него. Характеризира се със стойността на ефективността.

Видове електродвигатели

По вида на тока, протичащ през намотките, те се разделят на DC или AC двигатели. Всяка от тези две групи има голям брой модификации, използващи различни технологични процеси.

DC двигатели

Те имат статорно магнитно поле, създадено от неподвижно фиксирано постоянни магнити или специални електромагнити с намотки за възбуждане. Намотката на котвата е здраво монтирана в вала, който е фиксиран в лагери и може да се върти свободно около собствената си ос.

Основната структура на такъв двигател е показана на фигурата.

Върху сърцевината на котвата, изработена от феромагнитни материали, има намотка, състояща се от две последователно свързани части, които са свързани към проводящите колекторни плочи в единия край и са свързани помежду си в другия. Две графитни четки са разположени в диаметрално противоположни краища на арматурата и са притиснати към контактните накладки на колекторните плочи.

Положителен потенциал на източник на постоянен ток се прилага към долната четка на шаблона, а отрицателен потенциал към горната. Посоката на тока, протичащ през намотката, е показана с пунктирана червена стрелка.

Токът причинява магнитното поле на северния полюс в долната лява част на котвата, и южния полюс в горната дясна част на котвата (правило на кардана). Това води до отблъскване на полюсите на ротора от едноименните неподвижни и привличане към противоположните полюси на статора. В резултат на приложената сила възниква ротационно движение, чиято посока е обозначена с кафява стрелка.

При по -нататъшно въртене на котвата по инерция, полюсите се прехвърлят към други колекторни плочи. Посоката на тока в тях е обърната. Роторът продължава да се върти допълнително.

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

Електродвигателите с постоянен ток, участващи в производствения процес, имат по -сложен дизайн:

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

• всяка секция от намотката е монтирана на свой собствен стълб;

• колекторното устройство е направено с определен брой контактни подложки според броя на намотките.

В резултат на това се създава гладко свързване на всеки полюс през контактните му плочи към четките и източника на ток и се намаляват загубите на енергия.

Устройството на такава котва е показано на снимката.

При електродвигатели с постоянен ток посоката на въртене на ротора може да бъде обърната. За да направите това, достатъчно е да промените движението на тока в намотката на обратното, като промените полярността при източника.

AC двигатели

Те се различават от предишните проекти по това, че електрическият ток, протичащ в намотката им, е описан с синусоидален хармоничен законпериодично променяща посоката си (знак). За захранването им се подава напрежение от генератори с редуващи се знаци.

Статорът на такива двигатели се изпълнява от магнитна верига. Изработен е от феромагнитни плочи с канали, в които са поставени завоите на намотката с конфигурация на рамка (намотка).

Синхронни електродвигатели

Снимката по -долу показва принцип на работа на еднофазен AC двигател със синхронно въртене на електромагнитните полета на ротора и статора.

В жлебовете на магнитната верига на статора в диаметрално противоположни краища са поставени намотаващи проводници, схематично показани под формата на рамка, през която протича променлив ток.

Нека разгледаме случая за момента във времето, съответстващ на преминаването на положителната част от неговата полувълна.

В лагерните клетки ротор с вграден постоянен магнит се върти свободно, в който северното «N устие» и южното «S устие» на полюса са ясно изразени. Когато през намотката на статора тече положителна полувълна от ток, в нея се създава магнитно поле с полюсите «S st» и «N st».

Силите на взаимодействие възникват между магнитните полета на ротора и статора (като полюсите се отблъскват и за разлика от полюсите се привличат), които са склонни да обръщат котвата на двигателя от произволно положение до крайното, когато противоположните полюси са разположени възможно най -близо един на друг.

Ако разгледаме същия случай, но за момента във времето, когато обратното — отрицателна полувълна от ток преминава през проводника на рамката, тогава завъртането на котвата ще се случи в обратна посока.

За да се осигури непрекъснато движение на ротора в статора, не се прави една рамка за навиване, а определен брой от тях, като се има предвид, че всеки от тях се захранва от отделен източник на ток.

Принцип на работа на трифазен AC двигател със синхронно въртенеелектромагнитните полета на ротора и статора са показани на следващата снимка.

В този дизайн три намотки A, B и C са монтирани вътре в магнитната верига на статора, изместени с ъгли от 120 градуса помежду си. Намотката A е маркирана в жълто, B е зелено, а C е червено. Всяка намотка е направена със същите рамки, както в предишния случай.

На снимката за всеки случай токът тече само през една намотка в посока напред или назад, което е показано със знаците «+» и «-«.

Когато положителната полувълна преминава през фаза А в посока напред, оста на роторното поле заема хоризонтално положение, тъй като магнитните полюси на статора се образуват в тази равнина и привличат подвижната арматура. Противоположните полюси на ротора са склонни да се доближават до полюсите на статора.

Когато положителната полувълна премине във фаза С, котвата ще се завърти на 60 градуса по часовниковата стрелка. След като токът бъде приложен към фаза В, ще се получи подобно завъртане на котвата. Всеки следващ токов поток в следващата фаза на следващата намотка ще завърти ротора.

Ако към всяка намотка се приложи трифазно мрежово напрежение, изместено по ъгъл от 120 градуса, тогава в тях ще циркулират променливи токове, които ще завъртят котвата и ще създадат нейното синхронно въртене с подаденото електромагнитно поле.

Същият механичен дизайн се използва успешно в трифазен стъпков двигател… Само във всяка намотка чрез контрол специален контролер (драйвер за стъпков двигател) Постоянните импулси се подават и отстраняват съгласно алгоритъма, описан по -горе.

Тяхното стартиране започва ротационно движение, а прекратяването им в определен момент от време осигурява измерено въртене на вала и спиране под програмиран ъгъл за извършване на определени технологични операции.

И в двете описани трифазни системи е възможно да се промени посоката на въртене на котвата. За да направите това, просто трябва да промените редуването на фази «A» — «B» — «C» за друга, например «A» — «C» — «B».

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

Асинхронни двигатели

Тези конструкции на двигателя имат същата статорна магнитна верига с намотки, както в разглежданите по-рано еднофазни и трифазни модели. Те са получили името си от асинхронното въртене на котвата и статорните електромагнитни полета. Това става чрез подобряване на конфигурацията на ротора.

Сърцевината му е направена от плочи от електрическа стомана с канали. Те са оборудвани с алуминиеви или медни токови проводници, които са затворени в краищата на арматурата с проводими пръстени.

Когато напрежението се прилага към намотките на статора, в намотката на ротора се индуцира електрически ток от електромоторна сила и се създава котва магнитно поле. Когато тези електромагнитни полета си взаимодействат, валът на двигателя започва да се върти.

При тази конструкция движението на ротора е възможно само след възникване на въртящо се електромагнитно поле в статора и то продължава в асинхронен режим на работа с него.

Асинхронните двигатели са по -прости в дизайна.Следователно те са по -евтини и масово се използват в промишлени инсталации и домакински уреди.

Взривозащитен електродвигател ABB

Линейни двигатели

Много работни органи на промишлени механизми извършват възвратно-постъпателно или транслационно движение в една равнина, което е необходимо за работата на металообработващи машини, превозни средства, удари с чук при забиване на купчини …

Преместването на такова работно тяло посредством редуктори, сферични винтове, ремъчни задвижвания и подобни механични устройства от ротационен електродвигател усложнява дизайна. Съвременното техническо решение на този проблем е работата на линеен електродвигател.

Неговият статор и ротор са удължени под формата на ленти, а не навити на пръстени, както при въртящите се електродвигатели.

Принципът на действие е да се придаде възвратно-постъпателно линейно движение на ротора на бегача поради прехвърлянето на електромагнитна енергия от неподвижен статор с отворена магнитна верига с определена дължина. Вътре в него се създава работещо магнитно поле чрез последователно включване на тока.

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

Линейните двигатели са проектирани да работят на постоянен или променлив ток и могат да работят в синхронен или асинхронен режим.

Недостатъците на линейните двигатели са:

• сложността на технологията;

• висока цена;

• ниска енергийна ефективност.