Принцип работы и устройство электродвигателей?
Под электродвигателем подразумевается электротехнический механизм, который используется для получения механической энергии из электричества. Такое устройство распространено во всех сферах деятельности, включая промышленность и бытовую технику. Назначением техсредства считается приведение в движение присоединенных к нему механизмов. Есть большое количество модификаций электрического двигателя, но все они работают на одних и тех же принципах и имеют обязательный набор узлов.
Общая информация
Электродвигатели получили широкое распространение из-за нескольких качеств. Среди них:
- универсальность. Механизмы используются в различных сферах;
- простота и надежность;
- большой ресурс.
Используется несколько видов электродвигателей. По типу питания они могут быть постоянного и переменного тока. В первом случае электроэнергию двигатель получает от аккумулятора, батареи или блока. При переменном типе двигателя соединение идет напрямую к электросети.
Принцип работы может быть синхронным и асинхронным. У механизма с синхронизацией есть обмотка на роторе, на которую подается напряжение. Асинхронные модели не обладают такими элементами и отличаются сниженной вращательной скоростью из-за отсутствия статорного магнитного поля.
Сам процесс взаимодействия осуществляется на основе влияния магнитного поля на элементы двигателя и приведение их во вращение. При поступлении в электродвигатель энергии внутри возникает электромагнитная индукция, которая в виде силы передается на вращающие сегменты.
Устройство
У электродвигателя есть стандартный набор узлов. Элементы:
- неподвижная часть в виде статора;
- в качестве подвижной части выступает ротор, который и формирует вращательный момент;
- коллектор. Он требуется для 2 функций, включая переключение тока при скользящих контактах, а также показатель роторного угла;
- скользящие контакты представлены в виде щеток, который находятся вне ротора и прижаты к коллектору.
Из электродвигателя формируется механизм электропривода, необходимый для функционирования оборудования.
Любой электродвигатель нуждается в двух основных частях, в частности подвижной и неподвижной части. Статорная часть включает в себя корпус, который создается из материалов немагнитного типа, медную обмотку с проволочным сечением квадратного или круглого типа, сердечник, собираемый из пакетов пластин стали электротехнического типа. В качестве немагнитных материалов выступает чугун или алюминиевый сплав.
Роторная часть состоит из сердечника, у которого конструкция формируется из стальных листов с пазовой алюминиевой заливкой, что дает создать набор стержней. Также используются торцевые кольца, необходимые для замыкания конструкции, и электродвигательный вал, запрессовываемый в роторную часть из стали высокой прочности.
Принцип работы
Весь принцип работы основан на электромагнитной индукции, при которой осуществляется взаимодействие двух полей статора с роторными магнитными полями. Это дает привести в движение подвижную часть, что приводит к появлению вращательного момента. Именно с его помощью часть, которая относится к подвижным, приводит к появлению механической энергии, возникающей при вращении.
Такой вариант работы одинаков для всех типов электрических двигателей.
Особенности
Электродвигатели при изготовлении получают определенный набор характеристик, который заложен с помощью конструкционных особенностей и использования модификаций.
Основные показатели, определяющие возможности двигателя электрического типа:
- мощность;
- частота вращения в об/м;
- крутящий момент, который также называется вращающим;
- потребление тока;
- КПД в %;
- сетевое напряжение;
- частота сети.
При выборе требуется учитывать не только показатели, но и тип электрического двигателя. Асинхронные и синхронные двигатели используются в разных сферах из-за своих особенностей. Первый тип также отличается тем, что может иметь многофазное функционирование.
На рынке встречается много модификаций, которые значительно отличаются от стандартного простейшего двигателя на электрической основе. В большинстве ситуаций производители пытаются повысить КПД или устранить основные недостатки механизма. Но принцип работы остается одним для всех моделей.
Электродвигатель работает на основе электромагнитной индукции, когда подвижная и неподвижная часть устройства контактируют с друг другом электромагнитными полями. Это приводит к тому, что возникает вращательный момент, то есть электрическая энергия превращается в механическую. На рынке представлено много разнообразных моделей электродвигателей, но все они работают на одинаковых принципах и имеют однотипные составные части.
схема, принцип работы и устройство
Асинхронный электродвигатель – это электрический агрегат с вращающимся ротором. Скорость вращения ротора отличается от скорости, с которой вращается магнитное поле статора. Это – одна из важных особенностей работы агрегата, так как если скорости выровняются, то магнитное поле не будет наводить в роторе ток и действие силы на роторную часть прекратится. Именно поэтому двигатель называется асинхронным (у синхронного показатели скоростного вращения совпадают).
В данной статье мы сфокусируемся на том, что представляет собой схема работы такого двигателя и – самое главное, насколько она эффективна при его эксплуатации.
Устройство и принцип действия
Ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле.
Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности.
Асинхронный двигатель
Подробнее о принципах работы асинхронного электродвигателя – в частности, на примере агрегата трехфазного тока, вы можете прочесть здесь, на сайте, в одном из наших материалов. Далее же мы разберем, какие бывают разновидности асинхронных электрических машин.
Виды асинхронных двигателей
Можно выделить 3 базовых типа асинхронных электродвигателей:
Схема устройства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
То есть, двигатели классифицируются по количеству фаз (1 и 3) и по типу ротора – с короткозамкнутым и с фазным. При этом число фаз с установленным типом ротора никак не взаимосвязано.
Ещё одна разновидность – асинхронный двигатель с массивным ротором. Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки). Такой вид двигателя очень прочный и обладает высоким пусковым моментом, однако в роторе могут возникать большие потери энергии, а сам он может сильно нагреваться.
Какой ротор лучше, фазный или короткозамкнутый?
Преимущества короткозамкнутого:
Недостатки:
Преимущества фазного:
Недостатки:
Какой двигатель лучше выбрать?
Асинхронный или коллекторный? Синхронный или асинхронный? Сказать однозначно, что определенный тип двигателя лучше, точно нельзя.
Тем не менее, у асинхроников есть недостатки. А именно:
Тем не менее, все перечисленные недостатки можно устранить, если питать асинхронный двигатель от статического частотного преобразователя. Кроме того, если соблюдать правила эксплуатации и не перегружать агрегаты, то они исправно прослужат длительный срок.
Но даже несмотря на то, что синхронные машины обладают довольно конкурентными преимуществами, большинство двигателей сегодня – именно асинхронные. Промышленность, сельское хозяйство, ЖКХ и многие другие отрасли используют именно их за счет высокого КПД. Но коэффициент полезного действия может значительно снижаться за счет таких параметров, как:
Другими факторами, от которых зависит КПД асинхронного электродвигателя, являются:Как избежать снижения КПД?
Для этого используются:
Итак, асинхронный двигатель имеет довольно широкую область использования и применяется во многих хозяйственных и производственных сферах деятельности. У нас, в компании РУСЭЛТ, представлен широкий выбор электродвигателей данного типа, приобрести который вы можете по ценам, которые ощутимо выгоднее, чем у конкурентов.
Вам может быть интересно
Электродвигатель асинхронный А4-400Х-10У3
Электродвигатель асинхронный 2АОД-500/250-10/12 У1
Электродвигатель асинхронный ДАЗО4-400У-10
Электродвигатель взрывозащищенный ВАО7-450 M-6
Как работает двигатель постоянного тока?
Теоретически одна и та же машина постоянного тока может использоваться как двигатель или генератор. Поэтому конструкция
Принцип работы двигателя постоянного тока
Электродвигатель представляет собой электрическую машину, преобразующую электрическую энергию в механическую. Основной принцип работы двигателя постоянного тока : « всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила». Направление этой силы определяется правилом левой руки Флеминга, а ее величина определяется выражением F = BIL. Где B = плотность магнитного потока, I = ток и L = длина проводника в магнитном поле.
Правило левой руки Флеминга : Если мы растянем указательный, указательный и большой пальцы левой руки так, чтобы они были перпендикулярны друг другу, а направление магнитного поля представлено указательным пальцем, направление тока будет представлено вторым пальцем, тогда большой палец представляет направление силы, действующей на проводник с током.
Анимация: Работа двигателя постоянного тока (кредит: Lookang) |
Анимация выше помогает понять принцип работы двигателя постоянного тока . Когда обмотки якоря подключены к источнику постоянного тока, в обмотке возникает электрический ток. Магнитное поле может создаваться обмоткой возбуждения (электромагнетизм) или постоянными магнитами. В этом случае на токонесущие проводники якоря действует сила магнитного поля по принципу, изложенному выше.
Коллектор выполнен сегментным для достижения однонаправленного крутящего момента. В противном случае направление силы менялось бы каждый раз, когда направление движения проводника меняется на противоположное в магнитном поле.
Согласно фундаментальным законам природы, никакое преобразование энергии невозможно, пока этому преобразованию не будет противодействовать. В случае генераторов это противодействие обеспечивается магнитным сопротивлением, а в случае двигателей постоянного тока обратная ЭДС .
Когда якорь двигателя вращается, проводники также пересекают линии магнитного потока и, следовательно, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея в проводниках якоря индуцируется ЭДС. Направление этой ЭДС индукции таково, что она противодействует току якоря (I a ). Принципиальная схема ниже иллюстрирует направление противо-ЭДС и тока якоря . Величина обратной ЭДС может быть задана уравнением ЭДС генератора постоянного тока.
Значение противо-ЭДС:
Величина противо-ЭДС прямо пропорциональна скорости двигателя. Предположим, что нагрузка на двигатель постоянного тока внезапно уменьшилась. В этом случае требуемый крутящий момент будет мал по сравнению с текущим крутящим моментом. Скорость двигателя начнет увеличиваться из-за избыточного крутящего момента. Следовательно, будучи пропорциональна скорости, величина обратной ЭДС также будет увеличиваться. С увеличением противоЭДС ток якоря начнет уменьшаться. Крутящий момент пропорционален току якоря, он также будет уменьшаться, пока не станет достаточным для нагрузки. Таким образом, скорость мотора будет регулироваться.
С другой стороны, если двигатель постоянного тока внезапно нагружается, нагрузка вызывает снижение скорости. Из-за уменьшения скорости обратная ЭДС также уменьшится, что приведет к большему току якоря. Увеличенный ток якоря увеличит крутящий момент, чтобы удовлетворить требования нагрузки. Следовательно, наличие противо-ЭДС делает двигатель постоянного тока «саморегулирующимся» .
Типы двигателей постоянного тока
Двигатели постоянного тока обычно классифицируются на основе их конфигурации возбуждения следующим образом —
- Отдельное возбуждение (обмотка возбуждения питается от внешнего источника)
- Самовозбуждение —
- Последовательная обмотка (обмотка возбуждения соединена последовательно с якорем)
- Шунтовая обмотка (обмотка возбуждения подключена параллельно якорю)
- Составная рана —
- Длинный шунт
- Короткий шунт
Таблицу классификации машин постоянного тока см. здесь.
Электродвигатели— Магнитная Академия
Включите этот практический урок об электродвигателях.
Общие сведения
Электродвигатель состоит из двух частей: статора и ротора. В двигателе статор — это часть, которая остается неподвижной, а ротор — это часть, которая движется. Основным принципом для всех работающих двигателей является магнитное притяжение и отталкивание. Поскольку магнит больше не движется после притяжения, двигателю нужен какой-то способ манипулировать магнитными полями, чтобы магниты непрерывно притягивались и отталкивались. Один из способов сделать это — иметь текущие изменяющиеся направления. Поскольку электричество переменного тока чередуется, оно естественным образом меняет направление магнитного поля при каждом изменении.
Зачем делать это в классе
- Для поощрения следующих навыков процесса научного исследования: предсказание, наблюдение, разработка гипотезы и выводы
- Чтобы помочь учащимся понять взаимосвязь между электричеством и магнетизмом
- Чтобы позволить учащимся манипулировать переменными и записывать изменения
Материалы
- Батарея D
- #20 Медный магнитный провод
- 2 Скрепки
- Резиновая лента
- Кольцевой или дисковый магнит
- Наждачная бумага
Процедура
- Намотайте магнитный провод на батарею D. Оставьте хвостик по 3-5 см на каждом конце. Аккуратно снимите витки с батареи, а хвосты намотайте на противоположные стороны катушки. Получившаяся форма должна выглядеть как круг с двумя линиями, отходящими от противоположных концов.
- Используйте мелкую наждачную бумагу, чтобы удалить изоляцию с одного из хвостовиков и только с верхней половины противоположного хвостовика.
- Расправьте хвосты так, чтобы они были точно напротив друг друга. Проще всего это сделать, если катушка ровно лежит на столе. Это будет ваша арматура для вашего двигателя.
- Разверните две скрепки и согните их в опоры для хвостов арматуры. Они будут подвешивать катушку над узлом батарея/магнит.
- Используйте резиновую ленту, чтобы прикрепить по одной скрепке к каждой батарее (+ и -).
- Поместите магнит сверху на сторону батареи посередине между двумя опорами для скрепок. Магнит должен притягиваться к батарее.
- Установите арматуру в опоры для скрепок. Убедитесь, что ему позволено свободно вращаться.