Що таке електричний двигун
Електричний двигун (електродвигун) є пристроєм для перетворення електричної енергії на механічну та приведення до руху машин і механізмів. Він є головним і обов’язковим (але не єдиним) елементом електроприводу.
Перші електричні двигуни були винайдені ще у першій половині ХІХ ст., а з кінця того ж століття почали набувати все більшого поширення. Сучасні промисловість, транспорт, комунальне господарство, побут неможливо уявити без електричних двигунів.
Переважна більшість електричних двигунів є двигунами обертального руху (рис. 1). Вони складаються з нерухомої частини (статора) та рухомої (ротора). Ротор починає обертатися після подачі живлення до обмоток двигуна. Проте для низки механізмів, які виконують поступальний або зворотно-поступальний рух (супорти та столи металорізальних верстатів, деякі транспортні засоби), з метою спрощення конструкції механічної частини електропривода іноді використовують лінійні двигуни. Рухома частина таких двигунів (вторинний елемент або бігун) здійснює лінійне переміщення (рис. 2).
Залежно від роду електричного струму, що використовують для живлення електричних двигунів, розрізняють двигуни постійного та змінного струму.
Рис. 1 Електричні двигуни обертального руху
Рис. 2 Лінійний електричний двигун: 1 – статор, 2 – підведення живлення, 3 – бігун
Принцип дії будь-якого електричного двигуна базується на взаємодії магнітних полів. Якщо наблизити один магніт до іншого, то різнойменні їхні полюси будуть притягуватися один до одного, а однойменні – відштовхуватися. У двигуні роль принаймні одного з магнітів грає котушка зі струмом (тобто електромагніт). Відомо, що протікання провідником електричного струму викликає появу магнітного поля довкола провідника (рис. 3). Це поле має коаксіальний характер, а напрям його магнітних силових ліній можна визначити за «правилом гвинта». Згідно з цим правилом, якщо гвинт закручувати у провідник так, щоб напрям поступального руху гвинта збігався з напрямом струму, то напрям обертання гвинта показуватиме напрям магнітних силових ліній поля (стрілки на рис.3).
Рис. 3 Виникнення магнітного поля провідника зі струмом
На рис. 4 показаний поперечний переріз провідника. Усередині перерізу умовно показаний напрям струму: хрест («хвіст» стрілки струму) – струм від глядача (рис. 4а), точка («вістря» стрілки струму) – струм на глядача (рис. 4б). З рис. 4в, г видно, що магнітне поле замкненої рамки (кільця) зі струмом подібне до магнітного поля постійного магніту (силові лінії виходять із північного полюса та входять до південного). Таким чином, рамка зі струмом являє собою елементарний електромагніт.
Рис. 4 Магнітні силові лінії провідників зі струмом: а – струм від глядача, б – струм на глядача, в – рамка зі струмом, г – силові ліній рамки (кільця) зі струмом
Електричні двигуни змінного струму
До двигунів змінного струму належать синхронні, крокові (різновид синхронних) та асинхронні двигуни. Їх об’єднує те, що їхніми обмотками протікають знакозмінні струми, а живляться вони від джерел знакозмінної напруги.
Статор електричних двигунів змінного струму являє собою осердя (магнітопровід) з листів електротехнічної сталі, у якому зроблено отвори (пази) для розміщення обмотки (фрагмент магнітопроводу статора подано на рис. 5). Обмотка складається з окремих секцій (котушок, рамок). Усередині статора на підшипниках розташований ротор, спроможний вільно обертатися відносно своєї осі.
Рис. 5 Магнітопровід статора двигуна змінного струму
На рис. 6 схематично показано поперечний переріз статора та ротора. На протилежних боках статора у двох пазах розташовані провідники елементарної котушки обмотки. Ця котушка виглядає так, як на рис. 4в, і до неї можна подати напругу від стороннього джерела з тією чи іншою полярністю (як на рис. 4в). На роторі розміщений постійний магніт (полюси Nr та Sr). Якщо до обмотки статора подати постійний струм такого напряму, як показано на рис. 6а, виникає магнітне поле статора з полюсами Ns та Ss. Ротор повертається за годинниковою стрілкою, аби сумістити протилежні полюси полів ротора та статора (остаточне положення ротора показано штриховою лінією). Якщо полярність струму статора протилежна (рис. 6б), полюси статора поміняються місцями, а ротор повертатиметься у протилежний бік.
Рис. 6 Взаємодія магнітних полів статора та ротора
Аби забезпечити безперервне обертання ротора, на статорі розташовують кілька окремих обмоток, живлених від окремих джерел. На рис. 7 показаний поперечний переріз двигуна з трьома обмотками статора (червона А, синя В, зелена С). Подібний двигун називають трифазним, а його обмотки – фазними. Обмотки являють собою елементарні рамки з провідника (як на рис. 4в), зсунуті у просторі на 120 градусів одна від одної. На рис. 7 струм протікає лише обмотками зі значками точки та хрестика.
Рис. 7 Принцип дії синхронного двигуна
Якщо подати струм до обмотки А так, як показано на рис. 7а, магнітна вісь поля статора стане горизонтальною, а південний полюс поля ротора після його повороту суміститься з північним полюсом поля статора. Протікання струму обмоткою С призведе до повороту магнітної осі статора (а за ним – ротора) на 60 градусів за годинниковою стрілкою (рис. 7б). Згодом струм подається до обмотки В (рис. 7в). Після цього струм протікає обмотками А, С, В, але у протилежному напрямі (порівняйте рис. 7а та 7г, 7б та 7д, 7 в та 7е). Кожного разу магнітна вісь статора, а за нею – і ротор повертаються на наступні 60 градусів. Якщо після чергового перемикання струму в обмотках подовжити протікання струму в останній обмотці, ротор лишиться нерухомим. Саме таким є принцип дії
Подаючи поперемінно струм до фазних обмоток (рис. 8), можна забезпечити безперервне обертання ротора. Зверніть увагу, що струми ІA, ІB, ІC фазних обмоток зсунуті у часі один від одного на третину періоду Т. Змінюючи період перемикання струму в обмотках, можна регулювати швидкість обертання ротора. Для зміни рушійного моменту двигуна змінюють величину струму обмоток статора або індукцію магнітного поля ротора (якщо на роторі замість постійних магнітів установлені обмотка збудження, тобто електромагніт).
Рис. 8 Зміна у часі струмів обмоток статора крокового двигуна
У трифазному кроковому двигуні магнітне поле статора може займати у просторі лише 6 положень (див. рис. 7), а переміщується воно між ними стрибками. Внаслідок цього виникають пульсації рушійного моменту двигуна, а забезпечити рівномірне обертання ротора дуже складно. Якщо струми фазних обмоток змінювати не ступінчасто (як на рис. 8), а за законом синуса зі зсувом на третину періоду (рис. 9), поле статора обертатиметься плавно (так зване обертове магнітне поле). Ротор з часом наздожене поле статора і надалі обертатися синхронно з ним. Саме в такому режимі працюють
Рис. 9 Фазні струми синхронного двигуна
Асинхронний двигун має такий самий статор, як і синхронний, а обмотками статора також протікають синусоїдні струми (як на рис. 9). Проте конструкція ротора особлива (рис. 10). Ротор набрано з листів електротехнічної сталі (як і статор). У пазах ротора укладено стрижні (алюмінієві або мідні), які на торцях ротора замкнені за допомогою кілець. Якщо ротор обертається зі швидкістю, меншою за швидкість поля статора, в обмотці ротора полем статора наводиться електрорушійна сила, яка спричиняє протікання обмоткою ротора струмів. Струми викликають появу магнітного поля ротора, а взаємодія двох полів – створення рушійного моменту, який повертає ротор. Оскільки рушійний момент виникає лише тоді, коли швидкості ротора та поля статора неоднакові, ротор не може рухатися синхронно з полем статора (звідси і назва двигуна: асинхронний, тобто “несинхронний”). Завдяки простоті конструкції, дешевизні та надійності асинхронні двигуни набули найбільшого розповсюдження.
Конструкція асинхронного двигуна показана на рис. 11, 12.
Рис. 10 Ротор асинхронного двигуна: а – короткозамкнена обмотка, б – поперечний переріз ротору Рис. 11 Асинхронний двигун (розрізано) Рис. 12 Асинхронний двигун у розібраному вигляді
Двигун постійного струму
Двигун постійного струму, на відміну від двигунів змінного струму, живиться від джерела постійного струму. Магнітне поле статора створюється нерухомими постійними магнітами, а на роторі (інакше – якорі) розташована обмотка. Якір жорстко з’єднаний з валом і може обертатися довкола свої осі. Таким чином, конструктивно двигун постійного струму є оберненою синхронною машиною.
Принцип дії двигуна постійного струму пояснює рис. 13. Поле статора створюють постійні магніти або електромагніти (обмотки збудження). На фе-ромагнітному осерді якоря розміщена обмотка, яка складається з двох послідовно ввімкнених частин (їх з’єднує показаний пунктиром провідник). На якорі також розташовані ізольовані одна від одної колекторні пластини, до яких під’єднані кінці обмотки якоря. До колекторних пластин через нерухомі графітні щітки від джерела живлення подається електричний струм. Якщо верхню щітку підключити до позитивного полюсу джерела живлення, а нижню – до від’ємного, обмоткою якоря протікатиме струм І, позначений на рис. 13. За правилом гвинта лівий полюс якоря стане північним, правий – південним. Полюси якоря та статора відштовхуватимуться один від одного, викликаючи поворот якоря за годинниковою стрілкою. Якір, повертаючись, за інерцією “проскакує” положення “північний полюс навпроти південного”, і під щітками опиняються інші колекторні пластини. Напрям струму в обмотці якоря змінюється на протилежний, полюси якоря міняються місцями, і обертання якоря продовжується. Для зміни напряму обертання якоря слід змінити полярність напруги, що подана до щіток.
Конструкцію, подібну до зображеної на рис. 13, мають малопотужні двигуни (що використовуються, наприклад, у дитячих іграшках). В промислових двигунах для забезпечення плавності руху якір має багато окремих секцій обмотки, з’єднаних з окремими парами колекторних пластин (щось подібне до рис. 14). Під час обертання якоря через пару щіток до джерела підключається кожного разу наступна секція якоря, яка за даного положенні якоря має найбільший магнітний зв’язок з полем статора.
Рис. 13 До принципу дії двигуна постійного струму Рис. 14 Якір двигуна постійного струму
В електроприводі звичайно виникає задача автоматичного керування електричними двигунами. У найпростіших випадках достатньо лише забезпечити їхній запуск, зупинку, зміну напряму обертання та захист від аварійних режимів. Подібні функції легко реалізуються за допомогою простих та відносно дешевих електромеханічних контакторів та реле. Проте часто є потреба в плавному регулюванні швидкості обертання та рушійного моменту. Тоді для живлення двигунів використовують керовані джерела живлення – напівпровідникові перетворювачі енергії (керовані випрямлячі для двигунів постійного струму та перетворювачі частоти для двигунів змінного струму) та достатньо складні системи автоматичного регулювання. Електроприводи, до складу яких, окрім двигуна, входять керовані перетворювачі енергії та системи автоматичного керування, здатні виконувати виробничу задачу за мінімальної участі людини. Вони отримали назву автоматизованих електроприводів.
Відео про конструкцію асинхронних двигунів та двигунів постійного струму
Офіційний канал кафедри Електропривода НТУ «ДП» в YouTube Скачати цю статтю в форматі pdf (1,65МБ)
elprivod.nmu.org.ua
Тяговий електродвигун — Вікіпедія
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Тяговий електродвигун ТЕД — електричний двигун, призначений для приведення в рух транспортних засобів, зокрема електровозів, електропоїздів, тепловозів, трамваїв, тролейбусів, електромобілів, електроходів, великовантажних автомобілів з електроприводом, танків і машин на гусеничному ходу з електропередачею, підйомно-транспортних машин, самохідних кранів тощо).
Основною відмінністю ТЕД від звичайних електродвигунів великої потужності є те, що монтаж таких двигунів трудомісткий, тому ці двигуни можуть розташовуватись тільки у спеціальних конструкціях (відповідні діаметри і довжина, спеціальні засоби для кріплення тощо).
Тягові двигуни міського і залізничного транспорту, а також двигуни мотор-коліс автомобілів експлуатуються в складних погодних умовах, у вологому і запиленому повітрі. Також на відміну від електродвигунів загального призначення ТЕД працюють в різноманітних режимах (короткочасних, повторно-короткочасних з частими запусками), що супроводжується широкою зміною частоти обертання ротора і навантаження по струму (при зрушенні з місця може в 2 рази перевищувати номінальний). При експлуатації тягові двигуни піддаються механічним, тепловим і електричним перенавантаженням. Тому під час їхнього проектування враховують підвищену електричну і механічну міцність деталей і вузлів, теплостійку і вологостійку ізоляцію струмопровідних частин і обмоток, стабільну комутацію двигунів.
Розвиток напівпровідникової техніки надав поштовх до переходу від двигунів з електромеханічною комутацією до вентильних машин з комутацією, за допомогою напівпровідникових перетворювачів.
Через те що умови роботи тягових двигунів можна вважати важкими, та зважаючи на їхні габаритні розміри тягові двигун відносять до машин граничного використання.
Тягові електродвигуни класифікують за:
- струмом:
- постійного (в тому числі випрямленого багатофазного пульсуючого, з пульсацією до 10%),
- пульсуючого (в тому числі випрямленого однофазного пульсуючого,з пульсацією до більше 10%),
- з
uk.wikipedia.org
Принцип роботи електродвигуна – пристрій та відмінності різних видів
Електродвигуни – це пристрої, в яких електрична енергія перетворюється в механічну. В основі принципу їхньої дії лежить явище електромагнітної індукції.
Однак способи взаємодії магнітних полів, які змушують обертатися ротор двигуна, істотно розрізняються в залежності від типу живлячої напруги – змінного або постійного.
Зміст
- 1 Пристрій і принцип дії електродвигуна постійного струму
- 2 Двигуни змінного струму — в чому відмінність?
- 3 Особливості використання асинхронних двигунів в однофазної ланцюга
- 4 Універсальні колекторні двигуни — принцип роботи та характеристики
- 5 Синхронний принцип роботи електродвигуна на відео
Пристрій і принцип дії електродвигуна постійного струму
В основі принципу роботи електродвигуна постійного струму лежить ефект відштовхування однойменних полюсів постійних магнітів і притягання різнойменних. Пріоритет її винаходу належить російському інженерові Б. С. Якобі. Перша промислова модель двигуна постійного струму була створена в 1838 році. З тих пір його конструкція не зазнала кардинальних змін.
В двигунах постійного струму невеликої потужності один з магнітів є фізично існуючим. Він закріплений безпосередньо на корпусі машини. Другий створюється в обмотці якоря після підключення джерела постійного струму. Для цього використовується спеціальний пристрій – колекторно-щітковий вузол. Сам колектор – це струмопровідне кільце, закріплене на валу двигуна. До нього підключені кінці обмотки якоря.
Щоб виник обертаючий момент, необхідно постійно змінювати місцями полюси постійного магніту якоря. Відбуватися це має момент перетинання полюсом так званої магнітної нейтралі. Конструктивно така задача вирішується поділом кільця колектора на сектори, розділені діелектричними пластинами. Кінці обмоток якоря приєднуються до них по черзі.
Щоб з’єднати колектор з мережею живлення використовуються так звані щітки – графітові стрижні, що мають високу електричну провідність і малий коефіцієнт тертя ковзання.
У двигунах великої потужності фізично існуючих магнітів не використовують із-за їх великої ваги. Для створення постійного магнітного поля статора використовується кілька металевих стрижнів, кожен з яких має власну обмотку з провідника, підключеного до плюсової або мінусовій живильної шині. Однойменні полюси включаються послідовно один одному.
Кількість пар полюсів на корпусі двигуна може бути одно одного або чотирьох. Число струмознімальних щіток на колекторі якоря повинна йому відповідати.
Електродвигуни великої потужності мають ряд конструктивних хитрощів. Наприклад, після запуску двигуна і з зміною навантаження на нього, вузол струмознімальних щіток зсувається на певний кут проти обертання вала. Так компенсується ефект реакції якоря», що веде до гальмування валу і зниження ефективності електричної машини.
Також існує три схеми підключення двигуна постійного струму:
- з паралельним збудженням;
- послідовним;
- змішаним.
Паралельне збудження – це коли паралельно обмотці якоря включається ще одна незалежна, зазвичай регульована (реостат). Такий спосіб підключення дозволяє плавно регулювати швидкість обертання і досягати її максимальної стабільності. Його використовують для живлення електродвигунів верстатів і кранового устаткування.
Послідовна в ланцюг живлення якоря додаткова обмотка включена послідовно. Такий тип підключення використовується для того, щоб у потрібний момент різко наростити вращающее зусилля двигуна. Наприклад, при рушанні з місця залізничних складів.
Двигуни постійного струму мають можливість плавного регулювання частоти обертання, тому їх застосовують в якості тягових на електротранспорті та грузоподъемном обладнанні.
Двигуни змінного струму — в чому відмінність?
Пристрій і принцип роботи електродвигуна змінного струму для створення крутного моменту передбачають використання обертового магнітного поля. Їх винахідником вважається російський інженер М. О. Доліво-Добровольський створив у 1890 році перший промисловий зразок двигуна і який є основоположником теорії і техніки трифазного змінного струму.
Обертове магнітне поле виникає в трьох обмотках статора двигуна відразу, як тільки вони підключаються до ланцюга живлячої напруги. Ротор такого електромотора в традиційному виконанні не має ніяких обмоток і являє собою, грубо кажучи, шматок заліза, який чимось нагадує біляче колесо.
Магнітне поле статора провокує виникнення струму в роторі, причому дуже великого, адже це короткозамкнутая конструкція. Цей струм викликає виникнення власного поля якоря, яке «зчеплення» з магнітним вихровим потім статора і змушує обертатися вал двигуна в тому ж напрямку.
Магнітне поле якоря має ту ж швидкість, що і статора, але відстає від нього по фазі приблизно на 8-100. Саме тому двигуни змінного струму називаються асинхронними.
Принцип дії електродвигуна змінного струму з традиційним, короткозамкненим ротором, має дуже великі пускові струми. Ймовірно, багато хто з вас помічали, при пуску двигунів лампи розжарювання змінюють яскравість світіння. Тому в електричних машинах великої потужності застосовується фазний ротор – на ньому покладені три обмотки, з’єднані «зіркою».
Обмотки якоря не підключені до мережі живлення, а за допомогою колекторно-щіткового вузла з’єднані з пусковим реостатом. Процес вмикання такого двигуна складається із з’єднання з мережею живлення та поступового зменшення до нуля активного опору в колі якоря. Електромотор включається плавно і без перевантажень.
Особливості використання асинхронних двигунів в однофазної ланцюга
Незважаючи на те, що обертове магнітне поле статора простіше всього отримати від трифазної напруги, принцип дії асинхронного електродвигуна дозволяє йому працювати і від однофазної, побутової мережі, якщо в їх конструкцію будуть внесені деякі зміни.
Для цього на статорі повинно бути дві обмотки, одна з яких є «пусковий». Струм в ній зсувається по фазі на 90° за рахунок включення в ланцюг реактивної навантаження. Найчастіше для цього використовується конденсатор.
Живлення від побутової розетки можна і промисловий трифазний двигун. Для цього в його клемній коробці дві обмотки з’єднуються в одну, і в цю ланцюг включається конденсатор. Виходячи з принципу роботи асинхронних електродвигунів, що живляться від однофазної ланцюга, слід вказати, що вони мають менший ККД і дуже чутливі до перевантажень.
Електродвигуни цього типу легко запускаються, але частоту їх обертання практично неможливо регулювати. Вони чутливі до перепадів напруги, а при «недогрузе» знижують коефіцієнт корисної дії, стаючи джерелом непропорційно великих витрат електроенергії. При цьому існують методи використання асинхронного двигуна як генератор.
Універсальні колекторні двигуни — принцип роботи та характеристики
У побутових електроінструментах малої потужності, від яких потрібні малі пускові струми, великий обертаючий момент, висока частота обертання і можливість її плавного регулювання, використовуються так звані універсальні колекторні двигуни. По своїй конструкції вони аналогічні двигунів постійного струму з послідовним збудженням.
У таких двигунах магнітне поле статора створюється за рахунок живлячої напруги. Тільки трохи змінена конструкція магнітопроводів – вона не лита, а набірна, що дозволяє зменшувати перемагничивание і нагрівання струмами Фуко. Послідовно включена в ланцюг якоря індуктивність дає можливість змінювати напрям магнітного поля статора та якоря в одному напрямку і в тій же фазі.
Практично повна синхронність магнітних полів дозволяє двигуну набирати обертів навіть при значних навантаженнях на валу, що і потрібно для роботи дрилів, перфораторів, пилососів, «болгарок» або полотерной машин.
Якщо у живить ланцюг такого двигуна включений регульований трансформатор, то частоту його обертання можна плавно змінювати. А ось напрямок, при живленні від ланцюга змінного струму, змінити не вдасться ніколи.
Такі електромотори здатні розвивати дуже високі обороти, компактні і мають більший обертовий момент. Однак наявність колекторно-щіткового вузла знижує їх моторесурс – графітові щітки доволі швидко зношуються на високих обертах, особливо якщо колектор має механічні пошкодження.
Електродвигуни мають найбільший ККД (більше 80 %) з усіх пристроїв, створених людиною. Їх винахід наприкінці XIX століття цілком можна вважати якісним цивілізаційним стрибком, адже без них неможливо уявити життя сучасного суспільства, заснованого на високих технологіях, а чогось більш ефективного поки ще не придумано.
Синхронний принцип роботи електродвигуна на відео
dovidkam.com
Електричний двигун
Електродвигуни різної потужності (750 Вт, 25 Вт, до CD-плеєра, до іграшки, до дисковода). Батарейка «Крона» дана для порівнянняЕлектричний двигун — це електрична машина ( електромеханічний перетворювач), в якій електрична енергія перетворюється в механічну, побічним ефектом є виділення тепла.
1. Принцип дії
В основу роботи будь-якої електричної машини покладено принцип електромагнітної індукції. Електрична машина складається з нерухомої частини — статора (для ассінхронний і синхронних машин змінного струму) або індуктора (для машин постійного струму) і рухомої частини — ротора (для ассінхронний 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 може бути:
— Короткозамкненим
— Фазним (з обмоткою). Двигуни з фазним ротором використовуються там, де необхідно зменшити пусковий струм і регулювати частоту обертання ассінхронний електродвигуна. Зараз ці двигуни рідкість, тому що на ринку з’явилися перетворювачі частоти. Раніше ж вони дуже часто використовувалися 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 електроінструменті). По суті універсальний двигун, це той самий двигун постійного струму (ДПТ) з послідовним збудженням (обмотки якоря і індуктора включені послідовно). Відмінність тільки в розрахунках обмоток. На постійному струмі відсутній реактивне (індуктивний або ємнісне) опір. Тому будь-яка болгарка, якщо викинути електронний блок, буде цілком працездатна і на постійному струмі, але при меншій напрузі мережі.
принцип дії 3х фазного асинхронного електродвигуна. — При включенні в мережу в статорі виникає круг, що обертається, магнітне поле, яке пронизує короткозамкненим обмотку ротора, і наводить у ній струм індукції, звідси, дотримуючись закону ампера (На провідник із струмом поміщений в магнітне поле діє ерс), 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 скольженіем.Двігатель називається ассінхронний, т.к. частота обертання магнітного поля статора не співпадає з частотою обертання ротора. Синхронний двигун має відмінність у конструкції ротора. Ротор виконується або постійним магнітом, або електромагнітом. або має в собі частину бельічей клітини (для запуску) і постійні або електромагніти. У синхронному двигуні частота обертання магнітного поля статора і частота обертання ротора співпадають. Для запуску використовують допоміжні ассінхронний електродвигуни, або ротор з к.з обмоткою.
2. Класифікація електродвигунів
За принципом виникнення обертаючого моменту електродвигуни можна розділити на гістерезисні і магнітоелектричні. У двигунів першої групи обертає момент створюється внаслідок гістерезису 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).
2.1. Двигуни постійного струму
Двигун постійного струму в розрізі. Праворуч розташований колектор з щітками
Двигун постійного струму — електричний двигун, живлення якого здійснюється постійним струмом. Дана група двигунів в свою чергу по наявності щітково-колекторного вузла підрозділяється на:
- колекторні двигуни;
- безколекторні двигуни.
Щітково-колекторний вузол забезпечує електричне з’єднання ланцюгів обертається і нерухомої частини машини і є найбільш ненадійним і складним в обслуговуванні конструктивним елементом [1] : 27 .
За типом збудження колекторні двигуни можна розділити на:
- двигуни з незалежним збудженням від електромагнітів і постійних магнітів;
- двигуни з самозбудженням.
Двигуни з самозбудженням поділяються на:
- Двигуни з паралельним збудженням; (обмотка якоря включається паралельно обмотці збудження)
- Двигуни послідовного збудження; (обмотка якоря включається послідовно обмотці збудження)
- Двигуни змішаного збудження. (Обмотка збудження включається частково послідовно частково паралельно обмотці якоря)
Безколекторні двигуни (вентильні двигуни) — електродвигуни, виконані у вигляді замкнутої системи з використанням датчика положення ротора, системи управління (перетворювача координат) і силового напівпровідникового перетворювача ( інвертора). Принцип роботи даних двигунів аналогічний принципу роботи синхронних двигунів [1] : 28 .
2.2. Двигуни змінного струму
Трифазні асинхронні двигуни
Двигун змінного струму — електричний двигун, живлення якого здійснюється змінним струмом. За принципом роботи ці двигуни поділяються на синхронні і асинхронні двигуни. Принципова різниця полягає в тому, що в синхронних машинах перша гармоніка магнитодвижущей сили статора рухається зі швидкістю обертання ротора, а у асинхронних — завжди повинна бути різниця швидкостей.
Синхронний електродвигун — електродвигун змінного струму, ротор якого обертається синхронно з магнітним полем живлячої напруги. Дані двигуни зазвичай використовуються при великих потужностях (від сотень кіловат і вище) [1] : 28 .
Існують синхронні двигуни з дискретним кутовим переміщенням ротора — крокові двигуни. У них задане положення ротора фіксується подачею живлення на відповідні обмотки. Перехід в інше положення здійснюється шляхом зняття напруги живлення 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 обертаючого магнітного поля, створюваного годує напругою. Ці двигуни найбільш поширені в даний час.
За кількістю фаз двигуни змінного струму поділяються на:
2.3. Універсальний колекторний електродвигун
Універсальний колекторний електродвигун — колекторний електродвигун, який може працювати і на постійному струмі і на змінному струмі. Виготовляється тільки з послідовною обмоткою збудження на потужності до 200 Вт. Статор виконується шихтованних зі спеціальної електротехнічної сталі. Обмотка збудження включається частково при змінному струмі і повністю при постійному. Для змінного струму номінальні напруги 127,220., Для постійного 110.220. 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.
3. Історія
Принцип перетворення електричної енергії в механічну енергію електромагнітним полем був продемонстрований британським вченим Майклом Фарадеєм в 1821 і складався з вільно висить дроти, занурюєшся в пул ртуті. Постійний магніт був встановлений в середині пулу ртуті. Коли через дріт пропускався струм, провід обертався навколо магніту, показуючи, що струм викликав циклічне магнітне поле навколо дроту. Цей двигун часто демонструється в шкільних класах фізики, замість токсичної ртуті використовують розсіл. Це — найпростіший вид з класу електричних двигунів. Подальшим 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 зворотно-поступально, тобто так, як рухається поршень в циліндрі парової машини. Російський учений 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, якого 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-подібних електромагнітів харчувалася струмом безпосередньо від гальванічної батареї, причому напрям струму в цих електромагнітах залишалося незмінним. Рухома група електромагнітів була підключена до батареї через комутатор, за допомогою якого напрям струму в кожному електромагніті змінювалося раз за один оборот диска. Полярність електромагнітів при цьому відповідно змінювалася, а кожен з рухомих електромагнітів поперемінного притягався і відштовхувався відповідним нерухомим електромагнітом: вал двигуна починав обертатися. Потужність такого двигуна становила всього 15 Вт. Згодом Якобі довів потужність електродвигуна до 550 Вт Цей двигун був встановлений спочатку на човні, а пізніше на залізничній платформі.
13 вересня 1838 човен з 12 пасажирами попливла по Неві проти течії зі швидкістю близько 3 км / ч. Човен була забезпечена колесами з лопатями. Колеса наводилися в обертання електричним двигуном, який отримував струм від батареї з 320 гальванічних елементів. Так вперше електричний двигун з’явився на судні.
Примітки
- ↑ 1 2 3 Бєлов М.П., Новіков В.А., Розсудів Л. Н. Автоматизований електропривод типових виробничих механізмів і технологічних комплексів. — 3-е изд., Испр .. — М .: Видавничий центр «Академія», 2007. — 575 с. — (Вищі професійна освіта). — 1000 прим . — ISBN 978-5-7695-4497-2.
znaimo.com.ua
Де застосовується електродвигун — приклади. застосування електродвигунів
Електродвигун перетворює електроенергію вмеханічну. Він складається з статора (або якоря) і ротора. Такий пристрій отримало дуже широке поширення у всіх сферах життя. Завдяки електричних двигунів вдалося замінити у багатьох областях працю людини роботою машини. Розглянемо різні типи моторів і з’ясуємо, де застосовуються електродвигуни (приклади див. Нижче).
Принцип роботи
Електричний двигун влаштований досить просто. В його основі закладено принцип електромагнітної індукції. В установку входить нерухома частина — статор, що вмонтовується в мотори змінного струму синхронного і асинхронного типу або індуктора (для двигуна постійного струму), а також ротора, тобто рухомої частини для синхронних і асинхронних типів, або якоря для пристроїв постійного струму.
Ротори можуть бути короткозамкненими (типубілячої клітини) і фазними з обмоткою (системою контактних кілець). Випадки, де застосовується електродвигун останнього типу, представляють пристрої асинхронного типу для скорочення струму і регуляції частоти обертання.
Рухому частину в пристрої постійного струму абопрацюючу за цим принципом в універсальному двигуні називають якорем. Універсальний мотор — це двигун постійного струму, який має послідовне збудження, тобто послідовне включення якоря і обмотки. Реактивного опору на постійному струмі немає. Тому, якщо вийняти електричний блок з болгарки, то вона продовжить працювати, особливо якщо мережеве напруга мале і використовуваний струм — постійний.
Двигуни на змінному струмі
Розглянуті пристрої бувають змінного іпостійного струму. У всіх сферах, де застосовується електродвигун, частіше він має змінний струм. Такий мотор відрізняється простим принципом роботи і легкий в експлуатації. Єдиний істотний мінус полягає в нерегульованої частоті обертання.
Електричні двигуни змінного струму можутьбути з однією або декількома фазами. Пристроями, де застосовується електродвигун змінного струму, є такі машини, яким не потрібно регулювати частоту обертання. Вони можуть мати різне призначення (дробарки, насоси, верстати для обробки дерева і так далі). Їх потужність складає від двох десятих до двохсот і вище кіловат.
Двигуни на постійному струмі
Електричні двигуни постійного струму можутьмати поряд з послідовним паралельне і змішане з’єднання обмоток статора і якоря. Їх перевагою є те, що недоступно попередньому виду: це здатність регуляції частоти обертання. Однак при експлуатації необхідно застосування сили.
Такі двигуни бувають безколекторними і колекторними.
Безколекторні, або вентильні — це двигуни, що функціонують в замкнутій системі з датчиком, що визначає роторное положення і систему управління.
Колекторні двигуни можуть бути з самозбудженням (паралельним, послідовним і змішаним) і незалежним збудженням.
Пристроями, де застосовуються електродвигуни постійного струму, є, наприклад, електричний транспорт і різні будівельні верстати.
асинхронний вид
Найчастіше використовується трифазнийкороткозамкнений асинхронний двигун. В цьому випадку круговий магнітне поле пронизує короткозамкнутую роторну обмотку, через що виникає струм індукції. Асинхронним його називають тому, що обертання ротора не до
uk.hoboetc.com
Пристрій і принцип роботи електродвигуна
Електродвигун – це електротехнічний пристрій для перетворення електричної енергії в механічну. Сьогодні повсюдно застосовуються електромотори в промисловості для приводу різних верстатів і механізмів. У домашньому господарстві вони встановлені в пральній машині, холодильнику, соковитискач, кухонному комбайні, вентиляторах, електробритви тощо Електродвигуни приводять в рух, підключені до неї пристрої і механізми.
У цій статті Я розповім про найбільш поширені види і принципи роботи електричних двигунів змінного струму, широко використовуваних в гаражі, в домашньому господарстві або майстерні.
Як працює електродвигун
Двигун працює на основі ефекту, виявленого Майклом Фарадеєм ще в 1821 році. Він зробив відкриття, що при взаємодії електричного струму в провіднику і магніту може виникнути безперервне обертання.
Якщо в однорідному магнітному полі розташувати у вертикальному положенні рамку і пропустити по ній струм, тоді навколо провідника виникне електромагнітне поле, яке буде взаємодіяти з полюсами магнітів. Від одного рамка буде відштовхуватися, а до іншого притягатися. В результаті рамка повернеться в горизонтальне положення, в якому буде нульовим вплив магнітного поля на провідник. Для того що б обертання продовжилося необхідно додати ще одну рамку під кутом або змінити напрям струму в рамці в підходящий момент. На малюнку це робиться за допомогою двох півкілець, до яких примикають контактні пластини від батарейки. В результаті після вчинення півоберту змінюється полярність і обертання триває. 
В сучасних електродвигунах замість постійних магнітів для створення магнітного поля котушки індуктивності або електромагніти. Якщо розібрати будь мотор, то Ви побачите намотані витки дроту, покритої ізоляційним лаком. Ці витки і є електромагніт або як їх ще називають обмотка збудження.
У побуті ж постійні магніти використовуються в дитячих іграшках на батарейках.
В інших більш потужних двигунах використовуються тільки електромагніти або обмотки. Обертова частина з ними називається ротор, а нерухома – статор.
Види електродвигунів
Сьогодні існують досить багато електродвигунів різних конструкцій і типів. Їх можна розділити по типу електроживлення:
За принципом роботи:
Синхронний двигун обертається синхронно з магнітним полем, яке його обертає, а у асинхронного ротор обертається повільніше обертового магнітного поля в статорі .
Принцип роботи і пристрій асинхронного електродвигуна
У корпусі асинхронного двигуна укладаються обмотки статора (для 380 Вольт їх буде 3), які створюють обертове магнітне поле. Кінці їх для підключення виводяться на спеціальну клемник. Охолоджуються обмотки, завдяки вентилятора, встановленого на валу у торці електродвигуна.
Ротор, які є одним цілим з валом, виготовляється з металевих стрижнів, які замикаються між собою з обох сторін, тому він і називається короткозамкненим.
Завдяки такій конструкції відпадає необхідність в частому періодичному обслуговуванні та заміні токоподающих щіток, багаторазово збільшується надійність, довговічність і безвідмовність.
Як правило, основною причиною поломки асинхронного мотора є знос підшипників, в яких обертається вал.
Принцип роботи. Для того що б працював асинхронний двигун необхідно, що б ротор обертався повільніше електромагнітного поля статора, в результаті чого наводиться ЕРС (виникає електрострум) в роторі. Тут важлива умова, якщо б ротор обертався з такою ж швидкістю як і магнітне поле, то в ньому за законом електромагнітної індукції не наводилося б ЕРС і, отже не було б обертання. Але в реальності, з-за тертя підшипників або навантаження на вал, ротор завжди буде обертатися повільніше.
Магнітні полюси постійно обертаються в обмотках двигуна, і постійно змінюється напрямок струму в роторі. В один момент часу, наприклад напрям струмів в обмотках статора і ротора зображено схематично у вигляді хрестиків (струм тече від нас) і крапок (струм на нас). Обертове магнітне полі зображено зображено пунктиром.
Наприклад, як працює циркулярна пила. Найбільші обороти у неї без навантаження. Але як тільки ми починаємо різати дошку, швидкість обертання зменшується і одночасно з цим ротор починає повільніше обертатися щодо електромагнітного поля і в ньому за законами електротехніки починає наводиться ще більшої величини ЕРС. Виростає споживаний струм мотором і він починає працювати на повній потужності. Якщо ж навантаження на вал буде настільки велика, що його зупинить, то може виникнути пошкодження короткозамкненого ротора з-за максимальної величини наводимой в ньому ЕРС. Ось чому важливо підбирати двигун, відповідної потужності. Якщо ж взяти більшою, то невиправданими будуть енерговитрати.
Швидкість обертання ротора залежить від кількості полюсів. При 2 полюсах швидкість обертання буде дорівнювати швидкості обертання магнітного поля, рівного максимум 3000 оборотів в секунду при частоті мережі 50 Гц. Що б знизити швидкість вдвічі, необхідно збільшити кількість полюсів в статорі до чотирьох.
Вагомим недоліком асинхронних двигунів є те, що вони подаються регулюванні швидкості обертання вала тільки за допомогою зміни частоти електричного струму. А так не можливо домогтися постійної частоти обертання вала.
Принцип роботи і пристрій синхронного електродвигуна змінного струму
Даний вид електродвигуна використовується в побуті там, де необхідна постійна швидкість обертання, можливість її регулювання, а так само якщо необхідна швидкість обертання більше 3000 оборотів в хвилину (це максимум для асинхронних).
Синхронні мотори встановлюються в електроінструменті, пилососі, пральній машині і т. д.
У корпусі синхронного двигуна змінного струму розташовані обмотки (3 на малюнку), які також намотані і на ротор або якір (1). Їх висновки припаяні до секторів токос’емноє кільця або колектора (5), на які за допомогою графітових щіток (4) подається напруга. При чому висновки розташовані так, що щітки завжди подають напругу тільки на одну пару.
Найбільш частими поломками колекторних двигунів є:
Принцип роботи. Обертаючий момент в електромоторі створюється в результаті взаємодії між струмом струму якоря і магнітним потоком в обмотці збудження. Із зміною напрямку змінного струму буде змінюватися і напрям магнітного потоку одночасно в корпусі і якорі, завдяки чому обертання завжди буде в одну сторону.
Регулювання швидкості обертання змінюється методом зміни величини напруги, що подається. У дрилі і пилососах для цього використовується реостат або змінний опір.
Зміна напрямку обертання відбувається також як і у двигунів постійного струму, про які Я розповім в наступній статті.
Найголовніше про синхронних двигунах Я постарався викласти, більш детально Ви можете прочитати на них на Вікіпедії.
Я давно працюю в сфері ремонтних послуг, тому я розумію всі важливі моменти в будівництві і ремонті будинків, квартир і все що з ним повязано. Раніше я працював за кордоном, і встиг зробити багато роботи, стаж більше 15 років в сфері будівництва та в напрямку Сад та Город.
Якщо Вам не важно, то діліться в соц-мережах і оцінюйте статті!!!
Залишилися питання, пишіть нам, використовуючи на сайті форму “Зворотній зв’язок”
remontu.com.ua
Тяговий електродвигун: принцип роботи, пристрій
Для приведення в рух різних транспортних засобів застосовується тяговий електродвигун. Основна відмінність від потужних двигунів полягає в особливостях його монтажу, обмеженому місці установки, що призвело до того, що конструкція такого апарату може бути досить специфічною (довжина, ширина, розміри станини і елементів кріплення).
ЗМІСТ
- Застосування електродвигунів
- Класифікація
- Пристрій
- Остов
- Колектор
- Ізоляція
- Деякі відмінності
- Обслуговування
Застосування електродвигунів
Тяговий електродвигун електровозів
Експлуатація такого двигуна нерідко відбувається у складних умовах: підвищена вологість, запиленість, різні погодні умови. Режими роботи також непрості: часті пуски, короткочасний, повторно-короткочасні. Мають місце перевантаження, поштовхи, удари, трясіння, великі пускові струми. З цієї причини тяговий електродвигун повинен бути розрахований на високу механічну і електричну міцність, якісну комутацію, волого – і пылестойкую ізоляцію.
Через важких умов, такі двигуни відносять до машин граничного використання.
Класифікація
Класифікують ці апарати за такими критеріями:
- Рід струму – постійний, змінний, пульсуючий.
- Тип двигуна постійного струму, синхронна машина, асинхронник.
- Спосіб електроживлення – від контактної мережі, від вбудованого акумулятора.
- Різне кліматичне виконання
- Тип охолодження – природна вентиляція, самообдув, незалежна вентиляція.
В залежності від того, де двигун встановлений: на електровозі, метро, електромобілі, будуть відрізнятися його експлуатаційні властивості. Вони можуть бути як універсальні, властиві всім типам ТЕД, так і приватними – притаманні конкретним моделям. Для прикладу можна порівняти метрополітен і вантажні електровози. У першому випадку необхідна висока перевантажувальна здатність, яка потрібна для швидкого розгону поїзда, в іншому – перевага віддається тривалого використання сили тяги, коли є необхідність в розвитку великої потужності протягом тривалого часу.
Пристрій
Якщо говорити просто, то тяговий електродвигун – це двигун, який передає обертаючий момент на приймальний пристрій. Таким пристроєм є транспортний засіб, у якого є колеса, гусениці, гребні гвинти.
Тяговий електродвигун
На самому початку (кінець XIX століття), ці апарати були безредукторными: ведена вісь насаджувалася прямо на якір. Але така конструкція мала безліч недоліків, тому був розроблений понижуючий редуктор, в результаті чого стало можливим використання повної потужності такого двигуна і його тривалої експлуатації без частих ремонтів.
Крім потужності, необхідно плавне зміна числа обертів для зміни швидкості транспорту. Спочатку для цієї мети використовували резистори, а також змінювали схему комутації силових ланцюгів. Але таке рішення було не самим кращим – великі втрати, і, як наслідок, невисокий ККД. З цієї причини необхідно було придумати щось інше, тому перейшли на імпульсний струм. Тут резистори вже були не потрібні. У подальшому стали використовувати електроніку, яка дозволяє регулювати швидкість в будь-яких межах.
Остов
Пристрій тягового електродвигуна
Тягові електродвигуни постійного струму мають масивний сталевий корпус, що виконує функцію остова і магнітопровода одночасно. У чотирьохполюсних машин остов, як правило, гранований: таким чином виходить використовувати виділений простір на 91-94%. Циліндричний каркас не такий економний, але його легше обробляти при виготовленні. На ньому кріплять основні деталі: головні полюси, осьові підшипники, підшипникові щити. Для двигунів електровозів існує обмеження за розміром, залежно від ширини колії.
Щоб виключити попадання вологи, кришки повинні дуже щільно прилягати до корпусу. Також всі місця, куди заходять кабелю добре ущільнюють, особливо якщо це двигун з самовентиляцією.
Колектор
Частина ТЕД, на яку лягає основне навантаження – це колектор. Він вимагає великої точності при виготовленні, щоб якість струмознімання було високим. Також необхідні високі показники зносостійкості, надійності і стабільності технічних характеристик.
Колекторні пластини встановлюють з урахуванням їх подальшого зносу, який є природним для цієї частини машини. Вони ізолюються один від одного миканитовыми прокладками, що складаються з склеєних один з одним шматочків слюди. Як відомо, слюда є дуже хорошим діелектриком, а також володіє високими показниками тепло – і вологостійкості.
Електроенергія на колектор передається через щітки. Їх встановлюють таким чином, щоб вони були на геометричній нейтралі магнітного потоку, або, іншими словами, там, де його немає. Це потрібно для полегшення комутації: такі двигуни експлуатуються у важких умовах, а в осінньо-зимовий період вони погіршуються ще більше. Для рейкового транспорту (тепловози, електровози) такі погіршення особливо помітні через зміни земельного полотна, на якому прокладені рейки.
Ізоляція
Величезну роль відіграє якісна ізоляція, адже ТЕД працює не тільки у важких умовах, але і під високою напругою. З цієї причини необхідно ізолювати всі вузли двигуна один від одного, і від землі. Таким чином досягається висока надійність, а також безпеку як для самої машини, так і для обслуговуючого персоналу, що виконує огляд і ремонт агрегату.
Використовується три види ізоляції:
Деякі відмінності
Головна особливість, яку має тяговий електродвигун, — це його підгонка під конкретні цілі. Зазвичай його виготовляють з опорно-осьовим підвішуванням, однак для пасажирських тепловозів виготовляють апарати, що мають опорно-рамну підвіску.
Охолодження двигуна тепловоза здійснюється незалежним чином: повітря надходить через прості сітчасті фільтри, проходить по всьому візкам і вільно викидається в атмосферу. Такий метод має свої недоліки, але його використовують довгі роки і щось міняти надто дорого. В електровозах примусова вентиляція.
Обслуговування
Обслуговування та ремонт ТЕД необхідно проводити відповідно до встановлених інструкцій. Двигун електровоза піддається великим перевантаженням, тому його ремонт вимагає серйозних витрат. Перевіряється наявність пробою ізоляції, в яку могли потрапляти волога і пил.
Різниця температур взимку і влітку призводить до загустінню мастила, а також до її надмірного перегріву, що підвищує знос підшипників. При проведенні планового ремонту на це також треба звертати увагу.
Відхилення напруги від норми негативно впливає на електричні частини ТЕД, але особливу небезпеку становить круговий іскріння колектора, що збільшує його знос і приводить до псування щіток, а в разі виходу з-за цього машини з ладу – до дорогого ремонту.
Сучасний транспорт потребує якісних ТЕД. Для їх довготривалої експлуатації необхідно проводити своєчасну профілактику та ремонт цих машин, не одне десятиліття службовців на благо людини.
dovidkam.com