WikiZero - Електричний двигун

1. Принцип дії трифазного асинхронного електродвигуна [ правити | правити код ]
2. Двигуни постійного струму [ правити | правити код ]
3. Двигуни пульсуючого струму [ правити | правити код ]
4. Двигуни змінного струму [ правити | правити код ]
5. Універсальний колекторний електродвигун [ правити | правити код ]
6. Синхронний електродвигун зворотно-поступального руху [ правити | правити код ]

open wikipedia design.

Електричний двигун - електрична машина ( електромеханічний перетворювач ), в якій електрична енергія перетвориться в механічну .

В основу роботи переважної більшості електричних машин покладено принцип електромагнітної індукції . Електрична машина складається з нерухомої частини - статора (Для асинхронних і синхронних машин змінного струму) або індуктора (Для машин постійного струму) і рухомої частини - ротора (Для асинхронних і синхронних машин змінного струму) або якоря (Для машин постійного струму). У ролі індуктора на малопотужних двигунах постійного струму дуже часто використовуються постійні магніти .

Ротор асинхронного двигуна може бути:

• короткозамкненим;
• фазним (з обмоткою) - використовуються там, де необхідно зменшити пусковий струм і регулювати частоту обертання асинхронного електродвигуна. У більшості випадків це кранові електродвигуни серії МТН, які повсюдно використовуються в кранових установках.

Якір - це рухома частина машин постійного струму (двигуна або генератора) або ж працює за цим же принципом так званого універсального двигуна (який використовується в інструменті). По суті універсальний двигун - це той же двигун постійного струму (ДПТ) з послідовним збудженням (Обмотки якоря і індуктора включені послідовно). Відмінність тільки в розрахунках обмоток. На постійному струмі відсутня реактивне (індуктивне або ємкісне) опір. Тому будь-яка « болгарка », Якщо з неї витягти електронний блок, буде цілком працездатна і на постійному струмі, але при меншій напрузі мережі.

Принцип дії трифазного асинхронного електродвигуна [ правити | правити код ]

При включенні в мережу в статорі виникає круговий обертове магнітне поле, яке пронизує короткозамкненим обмотку ротора і наводить у ній струм індукції. Звідси, дотримуючись закону Ампера (на провідник зі струмом, поміщений в магнітне поле, діє система, що відхиляє сила), ротор приходить в обертання. Частота обертання ротора залежить від частоти напруги живлення і від числа пар магнітних полюсів.

Різниця між частотою обертання магнітного поля статора і частотою обертання ротора характеризується ковзанням . Двигун називається асинхронним, так як частота обертання магнітного поля статора не збігається з частотою обертання ротора.

Синхронний двигун має відмінність у конструкції ротора. Ротор виконується або постійним магнітом, або електромагнітом, або має в собі частину білячої клітини (для запуску) і постійні магніти або електромагніти. У синхронному двигуні частота обертання магнітного поля статора і частота обертання ротора збігаються. Для запуску використовують допоміжні асинхронні електродвигуни, або ротор з короткозамкненою обмоткою.

Асинхронні двигуни знайшли широке застосування у всіх галузях техніки. Особливо це стосується простих по конструкції і міцних трифазних асинхронних двигунів з коротко-замкнутими роторами, які надійніше і дешевше всіх електричних двигунів і практично не вимагають ніякого відходу. Назва «асинхронний» обумовлено тим, що в такому двигуні ротор обертається не синхронно зі обертовим полем статора. Там, де немає трифазної мережі, асинхронний двигун може включатися в мережу однофазного струму.

Статор асинхронного електродвигуна полягає, як і в синхронній машині, з пакета, набраного з лакованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, в пазах якого покладена обмотка. Три фази обмотки статора асинхронного трифазного двигуна, просторово зміщені на 120 °, з'єднуються один з одним зіркою або трикутником.

На малюнку показана принципова схема двополюсної машини - по чотири паза на кожну фазу. При живленні обмоток статора від трифазної мережі виходить обертове поле, так як струми в фазах обмотки, які зміщені в просторі на 120 ° один щодо одного зрушені по фазі один відносно одного на 120 °.

Для синхронної частоти обертання nc поля електродвигуна з р парами полюсів справедливо при частоті струму f {\ displaystyle f} : N c = 60 f p {\ displaystyle n_ {c} = {\ frac {60f} {p}}}

При частоті 50 Гц отримуємо для p {\ displaystyle p} = 1, 2, 3 (дво-, чотири- і шести-полюсних машин) синхронні частоти обертання поля n c {\ displaystyle n_ {c}} = 3000, 1500 і 1000 об / хв.

Ротор асинхронного електродвигуна також складається з листів електротехнічної сталі і може бути виконаний у вигляді короткозамкнутого ротора (з « білячою кліткою ») Або ротора з контактними кільцями (фазний ротор).

У короткозамкненим роторі обмотка складається з металевих стрижнів (мідь, бронза або алюміній), які розташовані в пазах і з'єднуються на кінцях закорачивается кільцями (рис. 1). З'єднання здійснюється методом пайки м'яким і твердим припоєм або зварюванням. У разі застосування алюмінію або алюмінієвих сплавів стрижні ротора і закорачивающие кільця, включаючи лопаті вентилятора, розташовані на них, виготовляються методом лиття під тиском.

У ротора електродвигуна з контактними кільцями в пазах знаходиться трифазна обмотка, схожа на обмотку статора, включену, наприклад, зіркою; початку фаз з'єднуються з трьома контактними кільцями, закріпленими на валу. При пуску двигуна і для регулювання частоти обертання можна підключити до фаз обмотки ротора реостати (через контактні кільця і ​​щітки). Після успішного розбігу контактні кільця замикаються накоротко, так що обмотка ротора двигуна виконує ті ж самі функції, що і в разі короткозамкнутого ротора.

За принципом виникнення крутного моменту електродвигуни можна розділити на гістерезисна і магнітоелектричні. У двигунів першої групи крутний момент створюється внаслідок гистерезиса при перемагничивании ротора. Дані двигуни не є традиційними і не широко поширені в промисловості.

Найбільш поширені магнітоелектричні двигуни, які за типом споживаної енергії підрозділяється на дві великі групи - на двигуни постійного струму і двигуни змінного струму (також існують універсальні двигуни, які можуть харчуватися обома видами струму).

Двигуни постійного струму [ правити | правити код ]

Двигун постійного струму - двигун, перемикання фаз в якому здійснюється прямо в самому двигуні. Завдяки цьому такий двигун може харчуватися постійним струмом, але так само і змінним.

Дана група двигунів в свою чергу розділяється за способом перемикання фаз і наявності зворотного зв'язку підрозділяється на:

1. колекторні двигуни ;
2. вентильні двигуни .

Щітково-колекторний вузол забезпечує електричне синхронне перемикання ланцюгів обертається машини і є найбільш ненадійним і складним в обслуговуванні конструктивним елементом. [1]

За типом збудження колекторні двигуни можна розділити на:

1. Двигуни з незалежним збудженням від електромагнітів і постійних магнітів ;
2. Двигуни з самозбудженням.

Двигуни з самозбудженням поділяються на:

1. Двигуни з паралельним збудженням (обмотка якоря включається паралельно обмотці збудження);
2. Двигуни послідовного збудження (обмотка якоря включається послідовно обмотці збудження);
3. Двигуни змішаного збудження (частина обмотки збудження включається послідовно з якорем, а друга частина - паралельно обмотці якоря або послідовно з'єднаним обмотці якоря і першої обмотки збудження, в залежності від необхідної навантажувальної характеристики).

безколекторні двигуни (Вентильні двигуни) - електродвигуни в якому перемикання фаз здійснюється за допомогою спеціального електронного блоку ( інвертора ), Можуть бути зі зворотним зв'язком з використанням датчика положення ротора , Або без зворотного зв'язку, фактично аналог асинхронного.

Двигуни пульсуючого струму [ правити | правити код ]

Двигун пульсуючого струму - електричний двигун, живлення якого здійснюється пульсуючим електричним струмом . За конструкцією дуже близький до двигуна постійного струму. Його конструктивними відмінностями від двигуна постійного струму є шіхтованного вставки в остові, шіхтованного додаткові полюси, більше число пар полюсів, наявність компенсаційної обмотки. Застосовується на електровозах з установками для випрямлення змінного струму [2]

Двигуни змінного струму [ правити | правити код ]

Двигун змінного струму - електричний двигун, живлення якого здійснюється змінним струмом . За принципом роботи ці двигуни поділяються на синхронні і асинхронні двигуни. Принципова відмінність полягає в тому, що в синхронних машинах перша гармоніка магніторушійної сили статора рухається зі швидкістю обертання ротора (завдяки чому сам ротор обертається зі швидкістю обертання магнітного поля в статорі), а у асинхронних - завжди є різниця між швидкістю обертання ротора і швидкістю обертання магнітного поля в статорі (поле обертається швидше ротора).

синхронний електродвигун - електродвигун змінного струму, ротор якого обертається синхронно з магнітним полем напруги живлення.

Синхронні електродвигуни поділяються на [3] :

• синхронний двигун з обмотками збудження. Дані двигуни зазвичай використовуються при великих потужностях (від сотень кіловат і вище). [4]
• синхронний двигун з постійними магнітами;
• синхронний реактивний двигун;
• гістерезисний двигун ;
• кроковий двигун ;
• гібридний синхронний реактивний двигун з постійними магнітами;
• реактивно-гістерезисний двигун.

Існують синхронні двигуни з дискретним кутовим переміщенням ротора - крокові двигуни . У них задане положення ротора фіксується подачею харчування на відповідні обмотки. Перехід в інше положення здійснюється шляхом зняття напруги харчування з одних обмоток і передачі його на інші. Ще один вид синхронних двигунів - вентильний реактивний електродвигун , Харчування обмоток якого формується за допомогою напівпровідникових елементів.

асинхронний електродвигун - електродвигун змінного струму, в якому частота обертання ротора відрізняється від частоти обертального магнітного поля, створюваного годує напругою. Ці двигуни найбільш поширені в даний час.

За кількістю фаз двигуни змінного струму підрозділяються на:

Універсальний колекторний електродвигун [ правити | правити код ]

Універсальний колекторний електродвигун - колекторний електродвигун, який може працювати і на постійному, і на змінному струмі. Виготовляється тільки з послідовною обмоткою збудження на потужності до 200 Вт. Статор виконується шихтованим зі спеціальної електротехнічної сталі. Обмотка збудження включається частково при змінному струмі і повністю при постійному. Для змінного струму номінальну напругу 127, 220 В, для постійного 110, 220 В. Застосовується в побутових апаратах, електроінструментах. Двигуни змінного струму з живленням від промислової мережі 50 Гц не дозволяють отримати частоту обертання вище 3000 об / хв. Тому для отримання високих частот застосовують колекторний електродвигун, який до того ж виходить легше і менше двигуна змінного струму тієї ж потужності або застосовують спеціальні передавальні механізми, що змінюють кінематичні параметри механізму до необхідних нам (мультиплікатори). При застосуванні перетворювачів частоти або наявності мережі підвищеної частоти (100, 200, 400 Гц) двигуни змінного струму виявляються легше і менше колекторних двигунів (колекторний вузол іноді займає половину простору). Ресурс асинхронних двигунів змінного струму набагато вище, ніж у колекторних, і визначається станом підшипників та ізоляції обмоток.

Синхронний двигун з датчиком положення ротора і інвертором є електронним аналогом колекторного двигуна постійного струму. Строго кажучи, універсальний колекторний двигун є колекторним електродвигуном постійного струму з послідовно включеними обмотками збудження (статора), оптимізованим для роботи на змінному струмі побутової електричної мережі. Такий тип двигуна незалежно від полярності напруги, що подається обертається в одну сторону, так як за рахунок послідовного з'єднання обмоток статора і ротора зміна полюсів їх магнітних полів відбувається одночасно і результуючий момент залишається спрямованим в одну сторону. Для можливості роботи на змінному струмі застосовується статор з магнітно-м'якого матеріалу, що має малий гістерезис (опір перемагнічуванням). Для зменшення втрат на вихрові струми статор виконують складальним з ізольованих пластин. Особливістю (в більшості випадків - гідністю) роботи такого двигуна саме на змінному струмі (а не на постійному такого ж напруги) є те, що в режимі малих оборотів (пуск і перевантаження) індуктивний опір обмоток статора обмежує споживаний струм і відповідно максимальний момент двигуна ( оціночно) до 3-5 від номінального (проти 5-10 при харчуванні того ж двигуна постійним струмом). Для зближення механічних характеристик у двигунів загального призначення може застосовуватися секціонування обмоток статора - окремі висновки (і менше число витків обмотки статора) для підключення змінного струму.

Синхронний електродвигун зворотно-поступального руху [ правити | правити код ]

Принцип його роботи полягає в тому, що рухома частина двигуна являє собою постійні магніти, закріплені на штоку. Через нерухомі обмотки пропускається змінний струм і постійні магніти під дією магнітного поля, створюваного обмотками, переміщують шток зворотно-поступальним чином. [5]

Принцип перетворення електричної енергії в механічну енергію електромагнітним полем був продемонстрований британським вченим Майклом Фарадеєм в 1821 і складався з вільно висить дроти, поринаєш в ртуть. Постійний магніт був встановлений в середині ванни зі ртуттю. Коли через дріт пропускався струм, провід обертався навколо магніту, показуючи, що струм викликав циклічне магнітне поле навколо дроту [6] . Цей двигун часто демонструється на шкільних уроках фізики, замість токсичної ртуті використовують електроліт. Це - найпростіший вид з класу електричних двигунів. Наступним удосконаленням є колесо Барлоу . Воно було демонстраційним пристроєм, непридатним в практичних застосуваннях через обмежену потужності.

Винахідники прагнули створити електродвигун для виробничих потреб. Вони намагалися змусити залізний сердечник рухатися в поле електромагніту поступально, тобто так, як рухається поршень в циліндрі парової машини. Російсько-прусський вчений Б.С. Якобі пішов іншим шляхом. У 1834 р він створив перший в світі практично придатний електродвигун з обертовим якорем і опублікував теоретичну роботу «Про застосування електромагнетизму для приведення в рух машини». Б.С. Якобі писав, що його двигун нескладний і «дає безпосередньо круговий рух, яке набагато легше перетворити в інші види руху, ніж зворотно-поступальний».

Обертальний рух якоря в двигуні Якобі відбувалося внаслідок поперемінного тяжіння і відштовхування електромагнітів. Нерухома група U-образних електромагнітів харчувалася струмом безпосередньо від гальванічної батареї, причому напрямок струму в цих електромагнітах залишалося незмінним. Рухома група електромагнітів була підключена до батареї через комутатор, за допомогою якого напрямок струму в кожному електромагніт змінювалося вісім разів за один оборот диска. Полярність електромагнітів при цьому відповідно змінювалася, а кожен з рухомих електромагнітів поперемінно притягувався і відштовхувався відповідним нерухомим електромагнітом: вал двигуна починав обертатися. Потужність такого двигуна становила всього 15 Вт. Згодом Якобі довів потужність електродвигуна до Потужність 550 Вт. Цей двигун був встановлений спочатку на човні, а пізніше на залізничній платформі.

У 1839 р Якобі побудував човен з електромагнітним двигуном, який від 69 елементів Грове розвивав 1 кінську силу і рухав човен з 14 пасажирами по Неві проти течії. Це було перше застосування електромагнетизму до пересування у великих розмірах.

Електродвигун з декількох білкових молекул перетворює енергію електричного струму у вигляді руху протонів в обертання джгутика, використовуваного для пересування деякими видами бактерій. [7] [8]

1. ↑ Бєлов та ін., 2007 , С. 27.
2. ↑ Сидоров Н.І., Сидорова М.М. Як влаштований і працює електровоз - М .: Транспорт, 1988. - ISBN 5-277-00191-3 . - Тираж 70000 прим. - С. 47.
3. ↑ Електродвигуни - типи, параметри, принцип роботи (неопр.). engineering-solutions.ru. Дата обігу 7 вересня 2016.
4. ↑ Бєлов та ін., 2007 , С. 28.
5. ↑ Хітерер М. Я., Овчинников І. Е. Синхронні електричні машини зворотно-поступального руху, СПб., Корона, 2008, ISBN 978-5-7931-0493-7
6. ↑ Войнаровський П. Д. ,. Електродвигуни // Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона : В 86 т. (82 т. І 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
7. ↑ Приїжджаючи А. В., Романовський Ю. М. Фізичні основи рухливості клітин // Школярам про сучасній фізиці. Акустика. Теорія відносності. Біофізика. - М., Просвітництво, 1990. - ISBN 5-09-001323-3 . - Тираж 200 000 прим. - С. 119-121
8. ↑ Ржешевский Олексій Нанороботи всередині нас // Популярна механіка . - 2016. - № 1. - С. 22-26. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2016/159-issue/