Электромотор принцип работы: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Устройство и принцип работы простейшего электродвигателя (видео) — 30 Октября 2016

Электродвигатель – это просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую.

В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных класса: AC и DC.

Электродвигатели класса AC (Alternating Current) требуют для работы источник переменного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой электрической розетке в доме).

Электродвигатели класса DC (Direct Current) требуют для работы источник постоянного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой батарейке).

Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.

Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии одинаков для всех типов.

Электродвигатели используются повсюду. Даже дома вы можете обнаружить огромное количество электродвигателей. Электродвигатели используются в часах, в вентиляторе микроволновой печи, в стиральной машине, в компьютерных вентиляторах, в кондиционере, в соковыжималке . Ну а электродвигатели, применяемые в промышленности, можно перечислять бесконечно. Диапазон физических размеров – от размера со спичечную головку до размера локомотивного двигателя.

Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (от батарейки). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

Принцип работы электродвигателя — HiSoUR История культуры

Электродвигатель представляет собой электромеханический преобразователь (электрическая машина), который преобразует электрическую энергию в механическую. В обычных электродвигателях генерируются магнитные поля с токопроводящими проводниками, взаимные силы притяжения и отталкивания которых приводятся в движение. Таким образом, электродвигатель является аналогом очень аналогичного сконструированного генератора, который преобразует мощность двигателя в электрическую. Электродвигатели обычно генерируют вращающиеся движения, но они также могут использоваться для создания трансляционных движений (линейный привод). Электродвигатели используются для управления многими оборудованием, машинами и транспортными средствами.

Принцип действия
Электродвигатели — это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую энергию. Средствами этого преобразования энергии в электродвигателях является магнитное поле. Существуют различные типы электродвигателей, и каждый тип имеет разные компоненты, структура которых определяет взаимодействие электрических и магнитных потоков, которые вызывают силу или крутящий момент двигателя.

Основной принцип заключается в том, что описание того, как сила вызвано взаимодействием точечного электрического заряда q в электрическом и магнитном полях, является законом Лоренца:

где:
q: пунктуальный электрический заряд
E: Электрическое поле
v: скорость частиц
B: плотность магнитного поля

В случае чисто электрического поля выражение уравнения сводится к:

Сила в этом случае определяется только зарядом q и электрическим полем E. Это кулоновская сила действует вдоль проводника, создающего электрический поток, например, в катушках статора индукционных машин или в роторе двигателей постоянного тока.

В случае чисто магнитного поля:

Сила определяется зарядом, плотностью магнитного поля B и скоростью нагрузки v. Эта сила перпендикулярна магнитному полю и направлению скорости нагрузки. Обычно в движении имеется много нагрузок, поэтому удобно переписать выражение в терминах плотности заряда Fv (сила в единице объема):

К продукту 

 он известен как плотность тока J (ампер на квадратный метр):

Тогда полученное выражение описывает силу, возникающую при взаимодействии тока с магнитным полем:

Это основной принцип, объясняющий, как возникают силы в электромеханических системах, таких как электродвигатели. Однако полное описание для каждого типа электродвигателя зависит от его компонентов и конструкции.

Линейный двигатель

Линейный двигатель — это по существу любой электродвигатель, который был «разворачиван», так что вместо создания крутящего момента (вращения) он создает прямолинейную силу вдоль своей длины.

Линейные двигатели чаще всего являются асинхронными двигателями или шаговыми двигателями. Линейные двигатели обычно встречаются во многих роликовых подстаканниках, где быстрое движение безмоторного вагона контролируется рельсом. Они также используются в поездах маглева, где поезд «летает» над землей. В меньших масштабах, в 1985 году эскалатор HP 7225A использовал два линейных шаговых двигателя для перемещения пера вдоль осей X и Y.

электромагнетизм

Сила и момент
Основная цель подавляющего большинства мировых электродвигателей состоит в том, чтобы электромагнитно индуцировать относительное перемещение в воздушном зазоре между статором и ротором для получения полезного крутящего момента или линейной силы.

Согласно закону силы Лоренца сила обмоточного проводника может быть задана просто:

или в более общем плане, для обработки проводников с любой геометрией:

Наиболее общие подходы к вычислению сил в двигателях используют тензоры.

Мощность
Где rpm — скорость вала, а T — момент, механическая мощность двигателя Pem определяется,

в британских единицах с Т, выраженным в фунтах,

 (лошадиная сила), и,

в единицах СИ с угловой скоростью вала, выраженной в радианах в секунду, и Т, выраженной в Ньютонометрах,

 (Вт).

Для линейного двигателя с силой F, выраженной в ньютонах и скоростью v, выраженной в метрах в секунду,

 (Вт).

В асинхронном или асинхронном двигателе соотношение между скоростью двигателя и мощностью воздушного зазора, пренебрегая скин-эффектом, определяется следующим:

 , где

Rr — сопротивление ротора
r 2 — квадрат тока, индуцированного в роторе
s — проскальзывание двигателя; т.е. разница между синхронной скоростью и скоростью скольжения, которая обеспечивает относительное движение, необходимое для индукции тока в роторе.

Назад emf
Так как обмотки якоря постоянного тока или универсального двигателя движутся через магнитное поле, они имеют индуцированное в них напряжение. Это напряжение имеет тенденцию противостоять напряжению питания двигателя и поэтому называется «назад электродвижущей силой (ЭДС)». Напряжение пропорционально скорости движения двигателя.Задняя ЭДС двигателя плюс падение напряжения на внутреннем сопротивлении обмотки и щетках должны быть равны напряжению на щетках. Это обеспечивает фундаментальный механизм регулирования скорости в двигателе постоянного тока. Если механическая нагрузка увеличивается, двигатель замедляется; результаты обратной волны в нижней части спины, и больше тока извлекается из питания. Этот увеличенный ток обеспечивает дополнительный крутящий момент для баланса новой нагрузки.

В компьютерах с переменным током иногда полезно учитывать источник обратной волны emf в машине; в качестве примера это вызывает особую озабоченность по поводу тесного регулирования скорости асинхронных двигателей на VFD.

потери
Потери двигателя связаны главным образом с резистивными потерями в обмотках, потерями в сердечнике и механическими потерями в подшипниках, а также возникают аэродинамические потери, особенно там, где присутствуют охлаждающие вентиляторы.

Потери также возникают при коммутации, искровых механических коммутаторах и электронных коммутаторах, а также рассеивают тепло.

КПД
Для расчета эффективности двигателя механическая выходная мощность делится на электрическую входную мощность:

 ,

где 

 является эффективность преобразования энергии,  электрическая входная мощность, и  механическая выходная мощность:

где 

 это входное напряжение,  входной ток, T — выходной крутящий момент, и  — выходная угловая скорость. Аналитически можно получить точку максимальной эффективности. Обычно он составляет менее 1/2 крутящего момента.

Различные регулирующие органы во многих странах внедрили и внедрили законодательство, поощряющее производство и использование электродвигателей с более высокой эффективностью.

Коэффициент добротности
Эрик Лайтвейт предложил метрику, чтобы определить «доброту» электродвигателя: 

Куда:

 коэффициент добротности (коэффициенты выше 1, вероятно, будут эффективными)
 — площади поперечного сечения магнитной и электрической цепи
 представляют собой длины магнитных и электрических цепей
 является проницаемость сердечника
 — это угловая частота, с которой двигатель

Из этого он показал, что наиболее эффективные двигатели, вероятно, будут иметь относительно большие магнитные полюса. Однако это уравнение относится только к моделям без ПМ.

Параметры производительности

Момент затяжки моторов
Все электромагнитные двигатели, которые включают в себя упомянутые здесь типы, вызывают крутящий момент от векторного произведения взаимодействующих полей. Для расчета крутящего момента необходимо знать поля в воздушном зазоре. Как только они были установлены путем математического анализа с использованием FEA или других инструментов, крутящий момент можно вычислить как интеграл всех векторов силы, умноженных на радиус каждого вектора. Ток, текущий в обмотке, создает поля, а для двигателя с использованием магнитного материала поле не линейно пропорционально току. Это затрудняет вычисление, но компьютер может выполнить многие расчеты.

Как только это будет сделано, цифра, связывающая ток с крутящим моментом, может использоваться как полезный параметр для выбора двигателя. Максимальный крутящий момент для двигателя будет зависеть от максимального тока, хотя это, как правило, будет использоваться только до тех пор, пока термические соображения не будут иметь приоритет.

При оптимальном проектировании в пределах заданного ограничения насыщения ядра и для заданного активного тока (т. Е. Крутящего момента), напряжения, числа пар полюсов, частоты возбуждения (т. Е. Синхронной скорости) и плотности потока воздушного зазора все категории электродвигателей или генераторы будут демонстрировать практически такой же максимальный непрерывный крутящий момент вала (т. е. рабочий крутящий момент) в заданной области воздушного зазора с обмотками и глубиной заднего железа, которая определяет физические размеры электромагнитного сердечника. В некоторых приложениях требуется крутящий момент за максимальный рабочий крутящий момент, такой как короткие всплески крутящего момента для ускорения электромобиля от остановки. Всегда ограниченные насыщением магнитного сердечника или безопасным повышением температуры и напряжением, способность к крутящим моментам за пределы максимального рабочего момента значительно отличается между категориями электродвигателей или генераторов.

Емкость для всплесков крутящего момента не следует путать с возможностью ослабления поля. Ослабление поля позволяет электрической машине работать за пределы заданной частоты возбуждения. Ослабление поля выполняется, когда максимальная скорость не может быть достигнута за счет увеличения приложенного напряжения. Это относится только к двигателям с регулируемыми по току полям и, следовательно, не может быть достигнуто с помощью двигателей с постоянными магнитами.

Электрические машины без топологии трансформаторной схемы, такие как WRSM или PMSM, не могут реализовать всплески крутящего момента выше максимального расчетного момента без насыщения магнитного сердечника и любого увеличения тока как бесполезного. Кроме того, блок ПМСМ с постоянными магнитами может быть поврежден непоправимо, если попытки всплесков крутящего момента превышают максимальный крутящий момент.

Электрические машины с топологией трансформаторной схемы, такие как индукционные машины, индукционные двухкомпонентные электрические машины, а также индукционные или синхронные машины с двунаправленным раневым ротором (WRDF), демонстрируют очень высокие всплески крутящего момента, поскольку активный ток, индуцированный ЭДС, на любом стороны трансформатора противостоят друг другу и, таким образом, не влияют на плотность магнитного потока магнитного сердечника, связанного с трансформатором, что в противном случае привело бы к насыщению ядра.

Электрические машины, которые полагаются на индукционные или асинхронные принципы, замыкают один порт схемы трансформатора, и в результате реактивный импеданс трансформаторной цепи становится доминирующим по мере увеличения скольжения, что ограничивает величину активного (то есть реального) тока. Тем не менее реализуются всплески крутящего момента, которые в два-три раза превышают максимальный расчетный крутящий момент.

Синхронная двухсторонняя машина (BWRSDF) с бесколлекторным раневым ротором является единственной электрической машиной с истинно двухполярной топологией трансформаторной схемы (т.е. оба порта независимо возбуждены без короткого замыкания). Известно, что топология схемы с двумя портированными трансформаторами нестабильна и требует многофазного узла щетки скольжения для распространения ограниченной мощности на комплект обмотки ротора. Если бы имелись прецизионные средства для мгновенного регулирования угла крутящего момента и скольжения для синхронной работы во время движения или генерации при одновременном обеспечении бесщеточной мощности на намотке ротора, активный ток машины BWRSDF не зависел бы от реактивного сопротивления схемы трансформатора и значительно превышающие максимальный рабочий крутящий момент и намного превосходящие практические возможности любого другого типа электрической машины. Рассчитаны крутящие моменты, превышающие восьмикратный рабочий крутящий момент.

Плотность непрерывного крутящего момента
Постоянная плотность крутящего момента обычных электрических машин определяется размером зоны воздушного зазора и глубиной заднего железа, которые определяются степенью мощности набора обмоток якоря, скоростью машины и достижимыми характеристиками воздушно- плотность потока зазоров до насыщения ядра. Несмотря на высокую коэрцитивность постоянных магнитов неодима или самария-кобальта, постоянная плотность крутящего момента практически одинакова среди электрических машин с оптимально разработанными намотками арматуры. Непрерывная плотность крутящего момента относится к способу охлаждения и допустимого периода эксплуатации перед разрушением при перегреве обмоток или повреждении постоянным магнитом.

Другие источники утверждают, что различные топологии e-machine имеют разную плотность крутящего момента. Один источник показывает следующее:

Тип электрической машины Удельная плотность крутящего момента (Нм / кг)
SPM — бесщеточный переменного тока, токовая проводимость 180 ° 1,0
SPM — бесщеточный переменного тока, токовая проводимость 120 ° 0.9-1.15
IM, асинхронная машина 0,7-1,0
IPM, внутренняя машина с постоянными магнитами 0,6-0,8
VRM, машина с удвоенным показателем сопротивления 0,7-1,0

где — удельная плотность крутящего момента нормализована до 1,0 для SPM — бесщеточный переменного тока, токовая проводимость 180 °, SPM — машина для поверхностного постоянного магнита.

Плотность крутящего момента примерно в четыре раза больше для электродвигателей, которые охлаждаются жидкостью, по сравнению с воздушными охлаждением.

Источник сравнения постоянного тока (DC), асинхронных двигателей (IM), синхронных двигателей с постоянными магнитами (PMSM) и переключаемых двигателей с сопротивлением (SRM) показал:

Характеристика Округ Колумбия Я PMSM SRM
Плотность крутящего момента 3 3,5 5 4
Удельная мощность 3 4 5 3,5

Другой источник отмечает, что синхронные машины с постоянными магнитами до 1 МВт имеют значительно более высокую плотность крутящего момента, чем индукционные машины.

Непрерывная плотность мощности
Непрерывная плотность мощности определяется продуктом непрерывной плотности крутящего момента и постоянным диапазоном крутящего момента электрической машины.

Специальные магнитные двигатели

ротационный

Безрулевой или бесколлекторный роторный двигатель
Ничто в принципе ни одного из двигателей, описанных выше, не требует, чтобы железные (стальные) части ротора фактически вращались. Если мягкий магнитный материал ротора выполнен в виде цилиндра, то (за исключением эффекта гистерезиса) крутящий момент действует только на обмотки электромагнитов. Воспользовавшись этим фактом, используется бесконтактный или безредукторный двигатель постоянного тока, специализированный вариант постоянного двигателя постоянного тока. Оптимизированные для быстрого ускорения, эти двигатели имеют ротор, который построен без какого-либо железного сердечника. Ротор может иметь форму намоточного цилиндра или самонесущую конструкцию, содержащую только магнитную проволоку и связующий материал. Ротор может помещаться внутри магнитов статора; магнитно-мягкий неподвижный цилиндр внутри ротора обеспечивает обратный путь для магнитного потока статора. Вторая компоновка имеет корзину намотки ротора, окружающую магниты статора. В этой конструкции ротор помещается внутри магнитно-мягкого цилиндра, который может служить корпусом для двигателя, а также обеспечивает обратный путь для потока.

Поскольку ротор намного легче по массе, чем обычный ротор, образованный из медных обмоток на стальных ламинатах, ротор может ускоряться намного быстрее, часто достигая механической постоянной времени в течение одного мс. Это особенно верно, если на обмотках используется алюминий, а не более тяжелая медь. Но поскольку в роторе нет металлической массы, чтобы действовать как теплоотвод, даже небольшие двигатели без сердечника часто должны охлаждаться принудительным воздухом. Перегрев может быть проблемой для бесконтактных двигателей постоянного тока. Современное программное обеспечение, такое как Motor-CAD, может помочь увеличить тепловой КПД двигателей, хотя и находится на стадии проектирования.

Среди этих типов — типы дисков-роторов, более подробно описанные в следующем разделе.

Вибрирующий сигнал сотовых телефонов иногда генерируется крошечными цилиндрическими типами полей с постоянными магнитами, но существуют также дискообразные типы, которые имеют тонкий многополярный магнит на диске, и преднамеренно неуравновешенную формованную пластиковую роторную структуру с двумя связанными бесколлекторными катушками. Металлические щетки и плоский коммутатор переключаются на катушки ротора.

Связанные приводы с ограниченным ходом не имеют сердечника и связанной катушки, размещенной между полюсами тонких постоянных магнитов с высоким потоком. Это быстрые позиционеры для жестких дисков (жестких дисков). Хотя современный дизайн значительно отличается от современного громкоговорителя, он все еще свободно (и неправильно) называется структурой «звуковой катушки», поскольку некоторые более ранние жесткие диски с дисковым накопителем перемещаются по прямым линиям и имеют структуру привода, громкоговорителя.

Блин или осевой роторный двигатель
Печатный якорь или двигатель блинчика имеют обмотки в виде диска, работающего между массивами магнитов с высоким потоком. Магниты расположены в окружности, обращенной к ротору, с промежутком между ними, чтобы образовать осевой воздушный зазор. Эта конструкция широко известна как двигатель блинчика из-за ее плоского профиля. У технологии было много фирменных наименований с момента ее создания, например ServoDisc.

Печатная арматура (первоначально сформированная на печатной плате) в печатном двигателе якоря выполнена из перфорированных медных листов, которые ламинируются вместе с использованием передовых композитов для образования тонкого жесткого диска.Печатная арматура имеет уникальную конструкцию в мире мостового мотора, поскольку она не имеет отдельного кольцевого коммутатора. Щетки запускаются непосредственно на поверхности якоря, что делает весь дизайн очень компактным.

Альтернативным методом изготовления является использование намотанной медной проволоки, уложенной плоской с центральным обычным коммутатором, в форме цветка и лепестка. Обмотки обычно стабилизируются с помощью электрических систем эпоксидной заливки. Это наполненные эпоксиды, которые имеют умеренную, смешанную вязкость и длительное время гелеобразования. Они выделяются низкой усадкой и низкой экзотермией и обычно UL 1446 признаются в качестве заливающего компаунда, изолированного по 180 ° C, класса H.

Уникальным преимуществом бесщеточных двигателей постоянного тока является отсутствие зубцов (изменения крутящего момента, вызванные изменением притяжения между железом и магнитами). Паразитные вихревые токи не могут образовываться в роторе, поскольку он абсолютно невозможен, хотя железные роторы ламинируются. Это может значительно повысить эффективность, но контроллеры с переменной скоростью должны использовать более высокую скорость переключения (& gt; 40 кГц) или постоянный ток из-за пониженной электромагнитной индукции.

Эти двигатели были первоначально изобретены для привода ведущих магнитных ленточных накопителей, где минимальное время для достижения рабочей скорости и минимальной остановки было критическим. Масляные моторы широко используются в высокопроизводительных сервоуправляемых системах, роботизированных системах, промышленной автоматизации и медицинских устройствах. Благодаря разнообразию доступных конструкций технология используется в приложениях от высокотемпературных военных до недорогих насосов и базовых сервоприводов.

Другой подход (Magnax) — использовать один статор, зажатый между двумя роторами. Одна такая конструкция обеспечивала максимальную мощность 15 кВт / кг, устойчивую мощность около 7,5 кВт / кг. Этот беспилотный двигатель с осевым потоком имеет более короткий путь потока, удерживая магниты дальше от оси. Конструкция позволяет иметь нулевой обмотки; 100 процентов обмоток активны. Это усиливается благодаря использованию медной проволоки прямоугольного сечения. Двигатели могут быть сложены для параллельной работы.Нестабильность сводится к минимуму за счет того, что два диска ротора накладывают равные и противоположные силы на диск статора. Роторы соединены непосредственно друг с другом через кольцо вала, отменяя магнитные силы.

Двигатели Magnax имеют диаметр от 15 до 5,4 метра (5,9 дюйма на 17 футов 8,6 дюйма).

Серводвигатель
Сервомотор — это двигатель, который часто продается как полный модуль, который используется в системе управления с обратной связью по положению или скорости.Сервомоторы используются в таких применениях, как станки, пленочные плоттеры и другие технологические системы. Двигатели, предназначенные для использования в сервомеханизме, должны иметь хорошо документированные характеристики для скорости, крутящего момента и мощности. Кривая скорости и крутящего момента очень важна и имеет высокое соотношение для серводвигателя. Также важны динамические характеристики отклика, такие как индуктивность обмотки и инерция ротора; эти факторы ограничивают общую производительность петли сервомеханизма. Большие, мощные, но медленно реагирующие серво-петли могут использовать обычные двигатели переменного или постоянного тока и системы привода с обратной связью по положению или скорости на двигателе. По мере увеличения требований к динамическому реагированию используются более специализированные конструкции двигателей, такие как бесконтактные двигатели.Превосходные характеристики мощности и ускорения электродвигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока имеют тенденцию поддерживать синхронные приводы с постоянным магнитом, BLDC, индукционные и SRM-приводы.

Сервосистема отличается от некоторых применений шагового двигателя тем, что обратная связь по положению постоянно, пока двигатель работает. Шаговая система по своей сути работает с разомкнутым контуром — полагаясь на двигатель, чтобы не «пропустить шаги» для краткосрочной точности — с любой обратной связью, такой как «домашний» переключатель или датчик положения, являющийся внешним по отношению к двигательной системе. Например, при запуске типичного компьютерного принтера с точечной матрицей его контроллер превращает привод шагового двигателя печатающей головки в его левый предел, где датчик положения определяет исходное положение и останавливается. Пока питание включено, двунаправленный счетчик в микропроцессоре принтера отслеживает положение печатающей головки.

Шаговый двигатель
Шаговые двигатели являются часто используемым двигателем, когда требуются точные вращения. В шаговом двигателе внутренний ротор, содержащий постоянные магниты или магнитно-мягкий ротор с выступающими полюсами, управляется набором внешних магнитов, которые переключаются электронным способом. Шаговый двигатель можно также рассматривать как крест между электродвигателем постоянного тока и ротационным соленоидом. Когда каждая катушка включается поочередно, ротор выравнивается с магнитным полем, создаваемым обмоткой возбужденного поля. В отличие от синхронного двигателя, при его применении шаговый двигатель не может вращаться непрерывно; вместо этого он «шагает» — начинается, а затем быстро останавливается снова — от одного положения к другому, когда обмотки возбуждения возбуждаются и обесточиваются последовательно. В зависимости от последовательности ротор может поворачиваться вперед или назад, и он может в любое время изменять направление, останавливаться, ускоряться или замедляться.

Простые драйверы шагового двигателя полностью активируют или полностью обесточивают обмотки возбуждения, приводя ротор к «зубчатому колесу» к ограниченному числу положений;более сложные драйверы могут пропорционально управлять мощностью обмоток поля, позволяя роторам располагаться между точками зубчатого колеса и тем самым вращаться чрезвычайно плавно. Этот режим работы часто называют микрошагом. Управляемые компьютером шаговые двигатели являются одной из самых универсальных форм позиционирующих систем, особенно в части цифровой сервоуправляемой системы.

Шаговые двигатели можно легко поворачивать под определенным углом дискретными шагами, и, следовательно, шаговые двигатели используются для позиционирования головки чтения / записи в дисководах гибких дисков. Они использовались с той же целью в компьютерных дисках в эпоху до гигабайта, где точность и скорость, которые они предлагали, были достаточными для правильного позиционирования головки чтения / записи на жестком диске.По мере увеличения плотности дисков ограничения скорости и скорости шаговых двигателей сделали их устаревшими для жестких дисков — ограничение точности сделало их непригодными для использования, а ограничение скорости сделало их неконкурентоспособными, поэтому новые жесткие диски используют системы с головным приводом с голосовой катушкой. (Термин «звуковая катушка» в этой связи является историческим, он относится к структуре в типичном (коническом) громкоговорителе. Эта структура использовалась некоторое время для размещения головок. Современные приводы имеют поворотную катушку, катушки качания назад и вперед, что-то вроде лопасти вращающегося вентилятора. Тем не менее, как звуковая катушка, современные проводники катушки привода (магнитный провод) движутся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля.)

Шаговые двигатели использовались и по-прежнему часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и цифровых фотокопировальных устройствах для перемещения оптического сканирующего элемента, каретки печатающей головки (точечной матрицы и струйных принтеров) и валиков или подающих роликов. Аналогично, многие компьютерные плоттеры (которые с начала 1990-х годов были заменены крупноформатными струйными и лазерными принтерами) использовали вращающиеся шаговые двигатели для движения пера и валика; типичными альтернативами здесь были либо линейные шаговые двигатели, либо серводвигатели с аналоговыми системами управления с замкнутым контуром.

Так называемые кварцевые аналоговые наручные часы содержат наименьшие обычные шаговые двигатели; они имеют одну катушку, набирают очень мало энергии и имеют постоянный магнитный ротор. Такой же двигатель работает от кварцевых часов с батарейным питанием. Некоторые из этих часов, например, хронографы, содержат более одного шагового двигателя.

Тесно связанные с проектированием трехфазные синхронные двигатели переменного тока, шаговые двигатели и SRM классифицируются как тип двигателя с переменным сопротивлением. Шаговые двигатели были и остаются часто используемыми в компьютерных принтерах, оптических сканерах и компьютерах с числовым программным управлением (ЧПУ), таких как маршрутизаторы, плазменные резцы и токарные станки с ЧПУ.

Немагнитные двигатели
Электростатический двигатель основан на притяжении и отталкивании электрического заряда.Обычно электростатические двигатели сочетаются с обычными моторами на катушках.Обычно они требуют высоковольтного источника питания, хотя очень маленькие двигатели используют более низкие напряжения. Обычные электродвигатели вместо этого используют магнитное притяжение и отталкивание и требуют большого тока при низких напряжениях. В 1750-е годы первые электростатические двигатели были разработаны Бенджамином Франклином и Эндрю Гордоном. Сегодня электростатический двигатель часто используется в микроэлектромеханических системах (МЭМС), где их приводные напряжения составляют менее 100 вольт, а движущиеся заряженные пластины намного легче изготавливать, чем катушки и железные сердечники. Кроме того, молекулярный механизм, который управляет живыми клетками, часто основан на линейных и вращающихся электростатических двигателях.

Пьезоэлектрический двигатель или пьезомотор — это тип электродвигателя, основанный на изменении формы пьезоэлектрического материала при приложении электрического поля.Пьезоэлектрические двигатели используют обратный пьезоэлектрический эффект, при котором материал производит акустические или ультразвуковые колебания для создания линейного или вращательного движения. В одном механизме удлинение в одной плоскости используется для того, чтобы сделать ряд растяжек и удерживание положения, подобно тому, как движется гусеница.

В двигательной силовой установке с электрическим приводом используется технология электродвигателей для запуска космических аппаратов в космическом пространстве, причем большинство систем основано на электрическом питании пропеллента на высокой скорости, причем некоторые системы основаны на принципах электродинамической привязки движений к магнитосфере.

Поделиться ссылкой:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)

Related

Что представляет собой статор электрического двигателя. Электрический двигатель — принцип работы электродвигателя

Электродвигатель – это электротехническое устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта , обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться.

В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.

На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания :

  1. Переменного тока , работающие напрямую от электросети.
  2. Постоянного тока , которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока .

По принципу работы:

  1. Синхронные , в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
  2. Асинхронные , самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре.

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор , являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила . Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока


Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Определение.

Электрический двигатель – механизм или специальная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, при котором так же выделяется тепло.

Предыстория.

Уже в 1821 году, знаменитый британский ученый Майкл Фарадей продемонстрировал принцип преобразования электромагнитным полем электрической энергии в механическую энергию. Установка состояли из подвешенного провода, которых окунался в ртуть. Магнит устанавливался посередине колбы с ртутью. При замыкании цепи, провод начинал вращение вокруг магнита, демонстрируя то, что вокруг провода, эл. током, образовывалось электрическое поле.

Эту модель двигателя часто демонстрировали в школах и университетах. Данный двигатель считается самым простым видом из всего класса электродвигателей. Впоследствии он получил продолжение в виде Колеса Барлова. Однако новое устройство носило лишь демонстрационный характер, поскольку вырабатываемые им мощности были слишком малы.

Ученые и изобретатели работали над двигателем с целью использования его в производственных нуждах. Все они стремились к тому, чтобы сердечник двигателя двигался в магнитном поле вращательно-поступательно, на манер поршня в цилиндре паровой машины. Русский изобретатель Б.С. Якоби сделал все гораздо проще. Принцип работы его двигателя заключался в попеременном притяжении и отталкивании электромагнитов. Часть электромагнитов были запитаны от гальванической батареи, и направление течения тока в них не менялась, а другая часть подключалась к батарее через коммутатор, благодаря которому изменялось направление течения тока через каждый оборот. Полярность электромагнитов менялась, и каждый из подвижных электромагнитов то притягивался, то отталкивался от соответствующего ему неподвижного электромагнита. Вал приходил в движение.

Изначально мощность двигателя была небольшой и составляла всего 15 Вт, после доработок, Якоби удалось довести мощность до 550 Вт.. 13 сентября 1838 году, лодка, оборудованная этим двигателем, плыла с 12 пассажирами по Неве, против течения, развивая при этом скорость в 3 км/ч. Двигатель был запитан от большой батареи, состоящей из 320 гальванических элементов. Мощность современных электрических двигателей превышает 55 кВт. По вопросом прибретения электрических двигателей .

Принцип действия.

В основу работы электрической машины заложено явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Явление ЭМИ заключается в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем (контуре) образуется индукционный ток.

Сам двигатель состоит из ротора (подвижной части – магнита или катушки) и статора (неподвижной части – катушки). Чаще всего конструкция двигателя представляет собой две катушки. Статор обложен обмоткой, по которой, собственно, и течет ток. Ток порождает магнитное поле, которое воздействует на другую катушку. В ней, по причине ЭМИ, так же образуется ток, который порождает магнитное поле, действующее на первую катушку. И так все повторяется по замкнутому циклу. В итоге, взаимодействие полей ротора и статора создает вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя. Таким образом, происходит трансформация электрической энергии в механическую, которую можно использовать в различных приборах, механизмах и даже в автомобилях.

Вращение электромотора

Классификация электрических двигателей.

По способу питания:

двигатели постоянного тока – запитываются от источников постоянного тока.
двигатели переменного тока — запитываются от источников переменного тока.
универсальные двигатели – запитываются как от постоянного, так и переменного тока.

По конструкции:

Коллекторный электродвигатель — электродвигатель, в котором в качестве датчика положения ротора и переключателя тока используется щеточноколлекторный узел.

Бесколлекторый электродвигатель – электродвигатель, состоящий из замкнутой системы, в которой используются: системы управления (преобразователь координат), силовой полупроводниковый преобразователь (инвертор), датчик положения ротора (ДПР).

С приведением в действие постоянными магнитами;
С параллельным соединением якоря и обмоток возбуждения;
С последовательным соединением якоря и обмоток возбуждения;
Со смешанным соединением якоря и обмоток возбуждения;

По количеству фаз:

Однофазные – запускаются вручную, либо же имеют пусковую обмотка или фазосдвигающую цепь.
Двухфазные
Трехфазные
Многофазные

По синхронизации:

Синхронный электродвигатель – электрический двигатель переменного тока с синхронным движением магнитного поля питающего напряжения и ротора.
Асинхронный электродвигатель – электрический двигатель переменного тока с отличающейся частотой движения ротора и магнитного поля, порождаемого питающим напряжением.

В быту, коммунальном хозяйстве, на любом производстве двигатели электрические являются неотъемлемой составляющей: насосы, кондиционеры, вентиляторы и пр. Поэтому важно знать типы наиболее часто встречающихся электродвигателей.

Электродвигатель является машиной, которая преобразует в механическую энергию электрическую. При этом выделяется тепло, являющееся побочным эффектом.

Видео: Классфикация электродвигателей

Все электродвигатели разделить можно на две большие группы:

  • Электродвигатели постоянного тока
  • Электродвигатели переменного тока.

Электродвигатели, питание которых осуществляется переменным током, называются двигателями переменного тока, которые имеют две разновидности:

  • Синхронные – это те, у которых ротор и магнитное поле питающего напряжения вращаются синхронно.
  • Асинхронные . У них отличается частота вращения ротора от частоты, создаваемого питающим напряжением магнитного поля. Бывают они многофазными, а также одно-, двух- и трехфазными.
  • Электродвигатели шаговые отличаются тем, что имеют конечное число положений ротора. Фиксирование заданного положения ротора происходит за счет подачи питания на определенную обмотку. Путем снятия напряжения с одной обмотки и передачи его на другую осуществляется переход в другое положение.

К электродвигателям постоянного тока относят те, которые питаются постоянным током. Они, в зависимости от того, имею или нет щёточно-коллекторный узел, подразделяются на:


Коллекторные также, в зависимости от типа возбуждения, бывают нескольких видов:

  • С возбуждением постоянными магнитами.
  • С параллельным соединением обмоток соединения и якоря.
  • С последовательным соединением якоря и обмоток.
  • Со смешанным их соединением.

Электродвигатель постоянного тока в разрезе. Коллектор со щетками – справа

Какие электродвигатели входят в группу «электродвигатели постоянного тока»

Как уже говорилось, электродвигатели постоянного тока составляют группу, в которую входят коллекторные электродвигатели и бесколлекторные, которые выполнены в виде замкнутой системы, включающей датчик положения ротора, систему управления и силовой полупроводниковый преобразователь. Принцип работы бесколлекторных электродвигателей аналогичен принципу работы двигателей асинхронных. Устанавливают их в бытовых прибора, например, вентиляторах.

Что собой представляет коллекторный электродвигатель

Длина электродвигателя постоянного тока зависит от класса. Например, если речь идет о двигателе 400 класса, то его длина составит 40 мм. Отличием коллекторных электродвигателей от бесколлектрных собратьев является простота в изготовлении и эксплуатации, следовательно, и стоимость его будет более низкой. Их особенность — наличие щеточно-коллекторного узла, при помощи которого осуществляется соединение цепи ротора с расположенными в неподвижной части мотора цепями. Состоит он из расположенных на роторе контактов – коллектора и прижатых к нему щеток, расположенных вне ротора.

Ротор

Используют эти электродвигатели в радиоуправляемых игрушках: подав на контакты такого двигателя напряжение от источника постоянного тока (той же батарейки), вал приводится в движение. А, чтобы изменить его направление вращения, достаточно изменить полярность, подаваемого напряжения питания. Небольшой вес и размеры, низкая цена и возможность восстановления щеточно-коллекторного механизма делают эти электродвигатели наиболее используемыми в бюджетных моделях, несмотря на то, что он значительно уступает по надежности бесколлекторному, поскольку не исключено искрение, т.е. чрезмерный нагрев подвижных контактов и их быстрый износ при попадании пыли, грязи или влаги.

На коллекторный электродвигатель нанесена, как правило, маркировка, указывающая на число оборотов: чем оно меньше, тем скорость вращения вала больше. Она, к слову, очень плавно регулируется. Но, существуют и двигатели этого типа высокооборотистые, не уступающие бесколлекторным.

Преимущества и недостатки бесколлекторных электродвигателей

В отличие от описанных, у этих электродвигателей подвижной частью является статор с постоянным магнитом (корпус), а ротор с трехфазной обмоткой – неподвижен.

К недостаткам этих двигателей постоянного тока отнести можно менее плавную регулировку скорости вращения вала, но зато они способны за доли секунды набрать максимальные обороты.

Бесколлекторный электродвигатель помещен в закрытый корпус, поэтому он более надежен при неблагоприятных условиях эксплуатации, т.е. ему не страшны пыль и влага. К тому же, его надежность возрастает благодаря отсутствию щеток, как и скорость, с которой вращается вал. При этом, по конструкции мотор более сложен, следовательно, не может быть дешевым. Стоимость его в сравнении с коллекторным, выше в два раза.

Таким образом, коллекторный электродвигатель, работающий на переменном и на постоянном токе, является универсальным, надежным, но более дорогим. Он и легче, и меньше по размерам двигателя переменного тока той же мощности.

Поскольку электродвигатели переменного тока, питающиеся от 50 Гц (питание промышленной сети) не позволяют получать высокие частоты (выше 3000 об/мин), при такой необходимости, используют коллекторный двигатель.

Между тем, его ресурс ниже, чем у асинхронных электродвигателей переменного тока, который зависит от состояния подшипников и изоляции обмоток.

Как работает синхронный электродвигатель

Синхронные машины применяют часто в качестве генераторов. Он синхронно работают с частотой сети, поэтому он с датчиком положения инвертора и ротора, является электронным аналогом коллекторного электродвигателя постоянного тока.

Строение синхронного электродвигателя

Свойства

Эти двигатели не являются механизмами самозапускающимися, а требуют внешнего воздействия для того, чтобы набрать скорость. Применение они нашли в компрессорах, насосах, прокатных станках и подобном оборудовании, рабочая скорость которого не превышает отметки пятьсот оборотов в минуту, но требуется увеличение мощности. Они достаточно большие по габаритам, имеют «приличный» вес и высокую цену.

Запустить синхронный электродвигатель можно несколькими способами:

  • Используя внешний источник тока.
  • Пуск асинхронный.

В первом случае, с помощью мотора вспомогательного, в качестве которого выступать может электродвигатель постоянного тока или индукционный трехфазный мотор. Изначально ток постоянный на мотор не подается. Он начинает вращаться, достигая близкой к синхронной скорости. В этот момент подается постоянный ток. После замыкания магнитного поля, разрывается связь с вспомогательным двигателем.

Во втором варианте необходима установка в полюсные наконечники ротора дополнительной короткозамкнутой обмотки, пересекая которую магнитное вращающееся поле индуцирует токи в ней. Они, взаимодействуя с полем статора, вращают ротор. Пока он не достигнет синхронной скорости. С этого момента крутящий момент и ЭДС уменьшаются, магнитное поле замыкается, сводя к нулю крутящий момент.

Эти электродвигатели менее чувствительны, чем асинхронные, к колебаниям напряжения, отличаются высокой перегрузочной способностью, сохраняют неизменной скорость при любых нагрузках на валу.

Однофазный электродвигатель: устройство и принцип работы

Использующий после пуска только одну обмотку статора (фазу) и не нуждающийся в частном преобразователе электродвигатель, работающий от электросети однофазного переменного тока, является асинхронным или однофазовым.

Однофазовый электродвигатель имеет вращающуюся часть – ротор и неподвижную – статор, который и создает магнитное поле, необходимое для вращения ротора.

Из двух, расположенных в сердечнике статора друг к другу под углом 90 градусов обмоток, рабочая занимает 2/3 пазов. Другая обмотка, на долю которой приходится 1/3 пазов, называется пусковой (вспомогательной).

Ротор – это тоже короткозамкнутая обмотка. Его стержни из алюминия или меди замкнуты с торцов кольцом, а пространство между ними залито алюминиевым сплавом. Может быть выполнен ротор в виде полого ферромагнитного или немагнитного цилиндра.

Однофазный электродвигатель, мощность которого может быть от десятков ватт до десятка киловатт, применяются в бытовых приборах, устанавливаются в деревообрабатывающих станках, на транспортерах, в компрессорах и насосах. Преимущество их – возможность использования в помещениях, где нет трехфазной сети. По конструкции они не сильно отличаются от электродвигателей асинхронных трехфазного тока.

Явление электромагнитной индукции стало основой возникновения и развития всех электрических машин. Первооткрывателем этого явления в конце 19 века был Майкл Фарадей, английский учёный — экспериментатор. Он провёл опыты с первыми электрическими машинами. Сейчас без них невозможно представить нашу жизнь. Электродвигатели стали одними из самых распространённых электрических машин.

Для работы электромотора необходимо напряжение, свойства которого определяют его конструкцию. На переменном напряжении и токе работают такие электродвигатели:

на постоянном напряжении и токе работают:

  • коллекторные;
  • униполярные;
  • шаговые.

Синхронные и асинхронные электродвигатели

Синхронные и асинхронные электромоторы имеют общие условия для своей работы. Для этого необходимо магнитное поле, максимальная величина которого перемещается в пространстве. Такое поле может быть создано двумя или большим числом обмоток. Обычные конструкции синхронных и асинхронных электромоторов содержат две или три обмотки.

Они размещаются на массивных ферримагнитных сердечниках, усиливающих магнитное поле. Для трёх обмоток применяется трёхфазное напряжение, для двух обмоток – двухфазное или одна фаза с фазосдвигающим конденсатором. Но с таким конденсатором к однофазной сети можно подключить и трёхфазные двигатели.

Если ротор электромотора создаёт постоянное магнитное поле, либо от постоянных магнитов, либо от встроенного в ротор источника питания постоянного тока, либо от внешнего источника питания постоянного тока через кольца со щётками такой двигатель является синхронным. В нём частота оборотов и частота напряжения источника питания одинаковы. В асинхронных двигателях используется немагнитный ротор без явно выраженных полюсов, колец со щётками, встроенных выпрямителей и комбинированных деталей из различных материалов. Исключением является синхронный гистерезисный двигатель.

Ротор асинхронного двигателя работает как вторичная обмотка трансформатора, которая замкнута накоротко. Но ток в его роторе может возникнуть только при более медленном вращении в сравнении с магнитным полем статора. Такое различие скоростей называется скольжением. Простота конструкции и соответствующая надёжность делают асинхронный электромотор наиболее широко используемым.

Коллекторные машины

Однако у синхронных и асинхронных электромоторов есть один непреодолимый недостаток – частота питающего напряжения. Она определяет скорость вращения магнитного поля и вала в этих двигателях. Никакими конструктивными изменениями в них при заданной частоте питающего напряжения невозможно получить частоту вращения вала большую, чем частота питающего напряжения. При необходимости большего числа оборотов используются коллекторные электромоторы.

В этих двигателях происходит постоянное переключение обмоток ротора коллектором. Каждая обмотка по сути это рамка с током, которая, как известно из опытов Фарадея, поворачивается в магнитном поле. Но одна рамка повернётся и остановится. Поэтому рамок — обмоток сделано несколько и каждой из них соответствует пара пластин в коллекторе. Ток подаётся через щётки, скользящие по коллектору.

Конструкция такого электромотора позволяет работать от источника либо постоянного, либо переменного напряжения, который обеспечивает ток и в статоре и в роторе. При переменном напряжении направление тока в статоре и роторе изменяется одновременно и поэтому направление действия силы вращающей ротор сохраняется. Частота питающего напряжения никак не влияет на частоту вращения ротора. Она зависит только от величины напряжения, питающего электромотор. Скользящий контакт щётки с коллектором ограничивает возможности этих электродвигателей по сроку службы и месту применения, поскольку искрение в щётках довольно быстро разрушает скользящий контакт и недопустимо в условиях повышенной взрывоопасности.

Униполярные и шаговые варианты

Однако есть такие конструкции электромоторов постоянного тока, в которых коллектора нет. Это униполярные электромоторы.

В этих электродвигателях ротор выполнен в виде диска, расположенного между полюсами постоянных магнитов. Щётки расположенные диаметрально противоположно питают током диск – ротор. Под воздействием силы Лоренца диск вращается. Несмотря на привлекательную простоту конструкции, такой электромотор не имеет широкого практического использования, поскольку требует слишком больших значений тока и магнитного поля. Тем не менее, существуют уникальные лабораторные разработки униполярных электромоторов со щётками из жидкого металла, которые развивают обороты немыслимые для иных конструкций двигателей.

Шаговый двигатель это ещё одна конструкция, работающая на постоянном токе.

В целом этот двигатель подобен синхронному электромотору с ротором из постоянных магнитов. Отличие в том, что число обмоток здесь больше, и они управляются ключами, которые подают на каждую обмотку питающее напряжение. В результате ротор меняет своё положение, притягиваясь к подключенной обмотке. Число обмоток определяет минимальный угол поворота ротора, а коммутаторы – скорость вращения ротора. В шаговом двигателе ротор может вращаться почти как угодно, поскольку ключи связаны с электронной схемой управления.

Рассмотренные конструкции электромоторов являются базовыми. На их основе для решения определённых задач создано много специальных разновидностей электромоторов. Но это уже совсем другая история…

Содержание:

Выполнение механической работы — это главный процесс в нашем материальном мире. По этой причине появление электродвигателей стало важнейшим событием в развитии человеческой цивилизации. Именно эти устройства понесли на себе весь груз промышленного производства. Это и обеспечило, в конце концов, так называемую научно-техническую революцию. В любых электрических движках в основу конструкции положено открытие взаимодействия проводов с проходящим по ним электрическим током.

О том, какие результаты были достигнуты за время, прошедшее с этого открытия, и будет рассказано нашим читателям. Напомним, что взаимодействие запитанных электротоком проводов обнаружил Андре Ампер в 1820 году. После этого события была создана конструкция, способная усилить это взаимодействие — соленоид. Катушка с ферромагнитным сердечником при сближении с постоянным магнитом или другой аналогичной катушкой воздействовала на них со значительным усилием. Поэтому оставалось только придумать такое конструктивное решение, которое позволит максимально увеличить взаимодействие соленоидов и придаст ему необходимое направление.

Превращение электроэнергии в механическую работу

Два соленоида могут либо притягиваться, либо отталкиваться. Их взаимодействие определяется полюсами. Одноименные — отталкиваются, разноименные — притягиваются. Поэтому не составляет особого труда догадаться о конструктивном решении, позволяющем получить вращение вала:

  • Вал и соленоид объединяются в жесткую конструкцию. Соленоид располагается так, чтобы создаваемые силовые линии магнитного поля были перпендикулярны оси вращения вала. Полученный элемент двигателя называется ротором, а также индуктором.
  • Вокруг ротора располагаются несколько других соленоидов для его притяжения. Чтобы направление было явно задано, а вращение равномерно, их должно быть как минимум три. Полученный элемент движка называется статором.
  • Статор или ротор в разных конструкциях моторов могут также иметь название якорь. Суть якоря электрического двигателя заключена в его сходстве со своим корабельным тезкой. Для корабельного якоря характерна прикрепленная цепь, соединяющая его с кораблем. А строение якоря электрического движка включает в себя либо ротор, либо статор, а также присоединенный к нему электрический шнур. Он используется для подключения к источнику питания. То есть вместо якоря с цепью получается ротор или статор со шнуром питания — в этом и заключено их сходство и происхождение названия элемента движка.
  • Статор состоит из стальных пластин, которые уменьшают потери электроэнергии, создаваемые вихревыми токами. В результате получается конструкция из обмоток с сердечниками, охватывающая ротор. Они образуют отверстие цилиндрической формы. В него входит цилиндрический ротор с некоторым зазором относительно статора. Такая конструкция электрических двигателей самая распространенная.

Однако для решения некоторых задач необходимо применение иных конструкций. Это может быть, например, расположение ротора снаружи статора или отсутствие вала по причине линейного перемещения элементов двигателя относительно друг друга.

Простейшим линейным двигателем является электромагнит с втягивающимся сердечником. Для того чтобы более точно управлять перемещением подвижной части линейного движка, в нем используется необходимое число взаимодействующих магнитных элементов. Электромагнитами могут быть либо все, либо их часть — это постоянные магниты.

Как видно из рассмотренных примеров, принцип работы электродвигателя использует магнитные поля. Они — следствие как постоянного тока, так и переменного. Но в любом случае принцип действия электродвигателя — это переход электроэнергии в энергию движения.

Электропитание источником переменного напряжения

Двигатель переменного тока наиболее широко используется. Это обусловлено переменным напряжением в большинстве электросетей. Электродвигатели переменного тока подключаются к ним с использованием минимального количества дополнительных устройств. Для любого из приборов надежность и долговечность являются главными качествами. Для этого конструкция должна иметь минимум потенциально уязвимых элементов. Наиболее значимыми из них являются контакты. Меньше контактов — больше надежности.

Устройство и принцип работы электродвигателя с максимальной надежностью основаны на явлении электромагнитной индукции. Это явление используется в трансформаторах. Создание гальванически развязанных электрических цепей — это их важнейшее назначение. Аналогично создаются гальванически развязанные статорные и роторные цепи. Под напряжением пребывают только обмотки статора. Возникающая в роторе электромагнитная индукция приводит к взаимодействию магнитных полей. Но принцип работы электродвигателя переменного тока — это не только индукция. Кроме нее должно существовать условие, обеспечивающее возникновение однонаправленной силы, без которой вращение невозможно. Для этого необходимо пространственное перемещение электромагнитного поля.

С этой целью устройство электродвигателя переменного тока предусматривает одно из следующих конструктивных решений:

  • использование однофазного источника переменного напряжения с фазосдвигающим элементом с двумя парами полюсов;
  • подключение к трехфазному источнику питания обмоток статора с тремя парами полюсов;
  • применение коммутатора, переключающего взаимодействующие обмотки.

Движимые перемещающимся магнитным полем

Электродвигатель, принцип работы которого определяет электромагнитная индукция, работает следующим образом. В его роторе отсутствуют контакты. Переменное магнитное поле с максимумом, перемещающимся вокруг ротора, вызывает в нем токи, создающие собственное электромагнитное поле. Существование этих токов возможно только при отставании ротора от движущегося максимума электромагнитного поля статора.

Иначе не получится электромагнитной индукции, условием которой является пересечение силовых линий и проводника. Движки, в которых скорости перемещения поля статора и ротора отличаются друг от друга, называются асинхронными. Асинхронный электродвигатель , устройство которого показано далее, в основном имеет одинаковую конструкцию статора, но разные варианты исполнения ротора.

Самыми распространенными являются короткозамкнутый ротор и другая его конструкция, именуемая «беличьей клеткой». В последнем варианте ротора получается более эффективная индукция. Однако и конструкция при этом менее технологичная. Но в этих двух разновидностях асинхронного двигателя лишь один недостаток — большой пусковой ток.

Чтобы регулировать процесс пуска, потребовалась третья конструкция ротора, называемая «фазной». Но если где-то прибыло, значит, где-то и убыло. У фазного ротора появились контакты — кольца и щетки. А контакты — главная проблема электротехники. Выигрывая в экономичности, проигрываем в долговечности и эксплуатационных расходах. За щетками и кольцами необходим уход и периодическая замена, в результате чего фазный ротор применяется намного реже. Появление мощных полупроводниковых приборов делает возможным регулировку любого асинхронного двигателя в пределах коммутационных возможностей этих приборов. Поэтому сегодня фазный ротор — это архаичная конструкция.

Но если ротор изготовить из специального материала, который обладает некоторой остаточной намагниченностью, скорости поля статора и вращения ротора станут одинаковыми. Под воздействием статора в роторе такого движка из-за свойств его материала не могут возникать токи с величиной, достаточной для движения. Но это и не нужно. Материал способен многократно усиливать внешнее электромагнитное поле и становиться постоянным магнитом. И такой магнитный ротор будет тянуться за электромагнитным полем статора. Такой двигатель называется синхронно-гистерезисным.

К сожалению, гистерезисный ротор имеет высокую себестоимость материала. А поскольку мощность движка напрямую связана с его размерами, большие и мощные синхронные двигатели с гистерезисным ротором из-за его высокой цены не производятся. Вместо этого делается постоянный электромагнит с питанием через кольца. Так менее надежно, но гораздо дешевле.

Скорость вращения синхронных и асинхронных движков определяет частота напряжения питания и число пар полюсов. Эта особенность — их большой недостаток. Ведь частота электросети составляет 50–60 Гц, и без применения дополнительного оборудования, через которое придется подключать двигатель, изменить ее невозможно. А это значительно усложняет и удорожает установку. По этой причине в управляемом электроприводе для возможности широкого диапазона регулирования оборотов применяется другой двигатель, о котором будет рассказано далее.

Чтобы разобраться в том, как работает электромотор с коллектором, надо обратиться к опытам с рамкой, расположенной между полюсами магнитов. Это классический опыт для демонстрации взаимодействия проводника с током и магнитного поля. На изображениях далее наглядно показан результат этого взаимодействия.

Но сила, вращающая рамку, зависит от ее положения относительно полюсов. По мере вращения она постепенно уменьшается. И по этой причине рамка останавливается. Чтобы вращение продолжалось, для конкретной конструкции рамки с магнитами потребуется больше рамок. При этом каждая из них подключается к своей паре скользящих контактов. Они образуются парой щеток и парой пластин — ламелей.

Движок, в котором реализован принцип вращения рамки в магнитном поле, содержит ротор с большим числом обмоток — рамок. Ламели собраны в специальном конструктивном элементе — коллекторе. Если магнитное поле создается постоянными магнитами, вращение возможно только при постоянном напряжении на щетках коллектора. Это и есть двигатель постоянного тока (сокращенно ДПТ).

Скорость вращения ротора этого движка зависит только от напряжения на щетках коллектора. Если вместо постоянного магнита применить электромагнит, получится универсальный мотор, способный работать как при постоянном, так и при переменном напряжении. Полярность статора и ротора будет изменяться одновременно, сохраняя направление действия силы, вращающей ротор. Универсальный мотор — это тот самый движок, который широко применяется в регулируемых приводах.

Разновидностью ДПТ и универсального двигателя можно считать униполярный движок. У его конструкции нет коллектора, но есть щетки. Появление мощных полупроводниковых приборов позволило создавать роторы без колец и коллекторов. Но при этом принцип работы электродвигателя не изменился.

устройство, принцип работы, характеристики, КПД

Трудно даже представить, как выглядел бы современный мир без электродвигателя постоянного тока (впрочем, и переменного тоже). Любой современный механизм оснащен электродвигателем. Он может иметь разное предназначение, но его наличие, как правило, критически важно. Ожидается, что в ближайшем будущем роль электродвигателя постоянного тока будет лишь возрастать. Уже сегодня без этого устройства невозможно создать качественное, надежное и бесшумное оборудование с регулируемыми скоростями работы. А ведь это – залог развития государства, да и мировой экономики в целом.

Из истории двигателя постоянного тока

В ходе проведения опытов в 1821 году известный ученый Фарадей случайно обнаружил, что магнит и проводник с током каким-то образом воздействуют друг на друга. В частности, постоянный магнит может вызывать вращение простейшего контура из проводника с током. Результаты этих экспериментов были использованы для дальнейших исследований.

Уже в 1833 году Томасом Дэвенпортом создается модель поезда с небольшим электродвигателем, способным приводить его в движение.

В 1838 году в Российской Империи построен пассажирский катер на 12 мест. Когда это плавательное средство с электромотором пошло по Неве против течения, это вызвало настоящий взрыв эмоций в научных кругах и не только.

Как работает электродвигатель постоянного тока

Если рассматривать работу поверхностно, как это делают в школе на уроках по физике, то может показаться, что в ней нет абсолютно ничего сложного. Но это только на первый взгляд. На самом же деле наука об электроприводе является одной из наиболее тяжелых в цикле технических дисциплин. При работе электродвигателя протекает целый ряд сложных физических явлений, которые до сих пор в полной мере не изучены и объясняются различными гипотезами и предположениями.

В упрощенном варианте принцип работы электродвигателя постоянного тока можно описать следующим образом. В магнитное поле помещают проводник и пускают через него ток. При этом если рассматривать сечение проводника, то вокруг него возникают невидимые силовые концентрические окружности – это магнитное поле, которое формируется током в проводнике. Как уже было сказано, данные магнитные поля являются невидимыми для глаза человека. Но существует нехитрый прием, позволяющий визуально наблюдать их. Самый простой способ – проделать в фанере или в плотном листе бумаги отверстие, через которое и пропустить провод. При этом поверхность вблизи отверстия необходимо покрыть тонким слоем мелкодисперсного магнитного металлического порошка (можно использовать и мелкие опилки). При замыкании цепи частицы порошка выстраиваются по форме магнитного поля.

Собственно, на этом явлении и основан принцип работы электродвигателя постоянного тока. Проводник с током помещается между северным и южным полюсами U-образного магнита. В результате взаимодействия магнитных полей, проволока приводится в движение. Направление движения зависит от того, как расположены полюса, и может точно определяться так называемым правилом «буравчика».

Сила Ампера

Сила, которая выталкивает проводник с током за пределы поля постоянного магнита, называется силой Ампера – по имени известного исследователя электрических явлений. Его имя также носит единица измерения силы тока.

Чтобы найти численное значение данной силы, нужно умножить силу тока в рассматриваемом проводнике на его длину и на величину (вектор) индукции магнитного поля.

Формула будет выглядеть следующим образом:

F = IBL.

Модель простейшего двигателя

Грубо говоря, чтобы построить самый примитивный двигатель, необходимо помесить рамку из токопроводящего материала (провода) в магнитное поле и запитать ее током. Рамка повернется на определенный угол и застопорится. Данное положение на сленге специалистов в области электропривода называется «мертвым». Причина остановки заключается в том, что магнитные поля, так сказать, компенсируются. Иными словами, подобное происходит тогда, когда равнодействующая сила становится равной нулю. Поэтому устройство электродвигателя постоянного тока включает не одну, а несколько рамок. В реальном агрегате промышленного назначения (который устанавливается на оборудование) таких элементарных контуров может быть очень и очень много. Так, когда на одной рамке силы уравновешиваются, другая рамка выводит ее из «ступора».

Особенности устройства двигателей разной мощности

Даже человек, далекий от мира электротехники, сразу же смекнет, что без источника постоянного магнитного поля ни о каком электродвигателе постоянного тока просто не может идти и речи. В качестве таких источников применяются самые разные устройства.

Для маломощных электродвигателей постоянного тока (на 12 вольт и менее) самым идеальным решением является постоянный магнит. Но этот вариант не подойдет для агрегатов большой мощности и размеров: магниты будут слишком дорогими и тяжелыми. Поэтому для электродвигателей постоянного тока на 220 В и более целесообразней применять индуктор (обмотку возбуждения). Чтобы индуктор стал источником магнитного поля, его необходимо запитать.

Конструкция электродвигателя

В общем случае конструкция любого двигателя на постоянном токе включает следующие элементы: коллектор, статор и якорь.

Якорь служит несущим элементом для обмотки электродвигателя. Он состоит из тонких листов стали электротехнического назначения с углублениями по периметру для укладки провода. Материал изготовления в данном случае очень важен. Как уже было сказано, применяется электротехническая сталь. Такая марка материала отличается большим размером искусственно выращенного зерна и мягкостью (в результате низкого содержания углерода). Кроме того, вся конструкция состоит из тонких, изолированных листов. Все это не позволяет возникать паразитным токам и предотвращает перегрев якоря.

Статор является неподвижной частью. Он выполняет роль магнита, рассмотренного ранее. Для демонстрации работы модели двигателя в лабораторных условиях для наглядности и лучшего понимания принципов используют статор с двумя полюсами. В реальных промышленных двигателях применяются устройства с большим числом пар полюсов.

Под коллектором понимается коммутатор (соединитель), который подает ток на контуры обмотки электродвигателя постоянного тока. Его наличие строго необходимо. Без него двигатель будет работать рывками, не плавно.

Разновидности двигателей

Не существует одного универсального двигателя, который бы применялся абсолютно во всех отраслях техники и народного хозяйства и удовлетворял всем требованиям в сфере безопасности и надежности при эксплуатации.

Следует очень ответственно подходить к выбору электродвигателя постоянного тока. Ремонт – чрезвычайно сложная и дорогостоящая процедура, которую могут выполнить лишь специалисты с соответствующей квалификацией. И если конструкция и возможности двигателя не будут отвечать требованиям, то на ремонт будут уходить значительные денежные средства.

Существует четыре основные разновидности двигателей постоянного тока: коллекторные, инверторные, униполярные, а также универсальные коллекторные двигатели постоянного тока. Каждый из перечисленных видов имеет свои положительные и отрицательные качества. Следует дать краткую характеристику каждому из них.

Коллекторные двигатели постоянного тока

Существует большое количество возможных способов реализации двигателей данного типа: один коллектор и четное количество контуров, несколько коллекторов и несколько контуров обмотки, три коллектора и столько же витков обмотки, четыре коллектора и два витка обмотки, четыре коллектора и четыре контура на якоре, и наконец – восемь коллекторов с якорем без рамки.

Данный тип двигателя отличается сравнительной простотой исполнения и производства. Именно по этой причине он прослыл широкоуниверсальным двигателем, применение которого очень обширно: от игрушечных автомобилей на радиоуправлении до очень сложных и высокотехнологичных станков с программным управлением немецкого или японского производства.

Об инверторных двигателях

В общем и целом данный тип двигателей сильно похож на коллекторный и имеет те же достоинства и недостатки. Единственное отличие заключается в механизме запуска: он более совершенный, что позволяет без труда осуществлять реверсирование оборотов и регулировку частоты вращения ротора. Таким образом, эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока данного типа превосходят по ряду параметров коллекторные двигатели.

Но если в чем-либо получается выигрыш, то в каких-либо вещах обязательно будет наблюдаться проигрыш. Это неоспоримый закон Вселенной. Так и в этом случае: превосходство обеспечивается довольно сложной и капризной техникой, которая часто выходит из строя. По словам опытных специалистов, ремонт электродвигателей постоянного тока инверторного типа осуществить довольно сложно. Порой даже бывалые электрики не могут диагностировать неисправность в системе.

Особенности униполярных двигателей постоянного тока

Принцип действия остается прежним и основан на взаимодействии магнитных полей проводника с током и магнитом. Но проводником тока служит не проволока, а диск, вращающийся на оси. Подача тока осуществляется следующим образом: один контакт замыкается на металлическую ось, а другой посредством так называемой щетки соединяет край металлического круга. Такой двигатель, как видно, имеет довольно сложную конструкцию и поэтому часто выходит из строя. Основное применение – научные исследования в области физики электричества и электропривода.

Особенности универсальных коллекторных электродвигателей

Принципиально ничего нового данный тип двигателей не несет. Но он имеет очень важную особенность – возможность работать как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока. Порой это его свойство может позволить сэкономить значительные денежные средства на ремонте и модернизации оборудования.

Частота переменного тока жестко регламентирована и составляет 50 Герц. Иными словами, направление движения отрицательно заряженных частиц меняется 50 раз в секунду. Некоторые ошибочно полагают, что и ротор электродвигателя должен менять направление вращения (по часовой стрелке – против часовой стрелки) 50 раз в секунду. Если бы это было действительно так, то о каком-либо полезном применении электрических двигателей переменного тока не могло бы быть и речи. Что происходит в действительности: ток обмотки якоря и статора синхронизируется при помощи простейших конденсаторов. И поэтому, когда меняется направление тока на рамке якоря, меняется его направление и на статоре. Таким образом, ротор постоянно вращается в одну сторону.

К сожалению, КПД электродвигателя постоянного тока данного типа значительно ниже, чем у инверторных и униполярных двигателей. Поэтому его применение ограничено довольно узкими областями – там где необходимо получить максимальную надежность любой ценой, без учета затрат на эксплуатацию (например, военное машиностроение).

Заключительные положения

Технологии не стоят на месте, и сегодня множество научных школ по всему миру конкурируют между собой и стремятся создать дешевый и экономичный двигатель с высоким КПД и эксплуатационными характеристиками. Мощность электродвигателей постоянного тока из года в год растет, при этом падает их энергопотребление.

По прогнозам ученых, будущее будет определяться электрооборудованием, а эпоха нефти завершится уже довольно скоро.

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока

Простые и надежные, коллекторные двигатели постоянного тока обеспечивают высокий момент на небольших скоростях и являются хорошей базой для создания приводов и готовых сервосистем с обратной связью.

Коллекторные двигатели постоянного тока — рабочие лошадки промышленности. Они простые, надежные, экономичные. Эти двигатели обеспечивают хорошую регулировку на малых оборотах и, что более важно, высокий крутящий момент на низких скоростях. В связи с этим, при добавлении закрытого контура обратной связи, они могут успешно использоваться при решении задач управления движением.

Давайте взглянем ближе на базовую теорию коллекторных двигателей постоянного тока. Для более удобного и легкого восприятия статья разбита на две части. В этой первой части рассмотрены базовые законы электродинамики, которые лежат в основе работы коллекторных двигателей постоянного тока.

Простая модель — принцип двигателя постоянного тока

Закон Ампера говорит нам о том, что проводник с током генерирует магнитное поле (B-поле), ориентацию которого можно определить по правилу правой руки: если расположить правую руку так, чтобы большой палец указывал вдоль проводника по направлению тока, и согнуть остальные пальцы, то они будут огибать проводник в направлении линий магнитной поля (см. рис.1).

Рис.1а. Магнитное поле проводника с током.

Если вместо одиночного витка проводника мы используем многовитковую катушку (соленоид), поля, генерируемые витками, складываются в более сильное, равномерно распределённое однородное магнитное поле. Линии этого поля ориентированы практически параллельно центральной оси соленоида. Таким образом работают электромагниты.

Рис. 1б. Магнитное поле соленоида.

В простейшем варианте, поворотные двигатели постоянного тока состоят из неподвижного элемента (статора) и вращающегося элемента (ротора — якоря двигателя постоянного тока). И хотя на практике существует множество вариаций, включая вращающийся статор и неподвижный якорь, для упрощения понимания в данной статье мы будем подразумевать цилиндрический внутренний ротор и внешний статор, генерирующий магнитное поле за счет постоянных магнитов. Мы рассмотрим электродвигатель, приводимый в движение за счет взаимного воздействия полей, генерируемых ротором и статором.

От теории к практике — как создать электродвигатель

Каким образом применить имеющиеся знания к созданию реального двигателя? Давайте начнем с простого примера — двухполюсного коллекторного двигателя постоянного тока. Такой мотор включает в себя ротор (якорь) и статор, сформированным двумя разнополюсными постоянными магнитами. Якорь состоит из свободно вращающейся перекладины (рамки), установленной на центральный стержень, который в свою очередь установлен на подшипниках, прикрепленных к корпусу двигателя. Вместо рассмотренного ранее одиночного витка возьмем проводник и обернем его вокруг якоря несколько раз, чтобы сформировать обмотку с обеих сторон, но в разных направлениях. В результате при подключении проводника к источнику питания две обмотки создадут электромагнитные поля с противоположными полярностями.

Магнит можно рассматривать как собрание дипольных моментов, направленных в одну сторону. Подобная модель применима как к постоянным магнитам, так и электромагнитам. Магнитное поле вызывает усилие, направленное по вектору дипольных моментов соленоида. Другими словами, когда мы помещаем якорь в магнитное поле, индуцированное магнитами статора, это поле создает усилие и генерирует момент, вызывающий вращение якоря относительно своей центральной оси.

Рис.2. Схематичное изображение двухполюсного двигателя постоянного тока.

Приведенная простая модель имеет некоторые проблемы. Хотя сила остается постоянной при условии неизменности силы тока и магнитного поля, момент меняется как функция угла поворота θ. Так как якорь двигателя стремится повернуться таким образом, чтобы выровнять полюса обмотки в соответствии с полюсами статора, значение угла θ и sin(θ) падает, в конечном счете приводя момент к нулю. С практической стороны это означает, что якорь останавливается, когда его полюса выравниваются с полюсами магнитов статора. Имея существеннную массу, якорь может проскользнуть положение идеального выравнивания полюсов, но в этом случае образуется отрицательный момент, который вызовет движение в обратную сторону. Возникнет колебание вокруг положения равновесия, и в конечном итоге остановка.

В любом случае, запомним, что направление силы, возникающей по действием магнитного поля, будет определяться направлением тока. Это означает, что реверсирование направления тока в проводнике вызовет реверс действия силы и позволит магнитному полю опять создать момент. Если мы сможем переключить направление тока в момент, когда виток достигнет перпендикулярного положения, то сразу после того, как он отклонится далее под действием силы инерции мимо перпендикулярного положения, поле статора заставит виток поворачиваться далее, генерируя крутящий момент (рис.2). Таков принцип работы двигателя постоянного тока.

Чтобы заставить работать подобную модель, мы должны найти способ изменять направление тока в проводнике. В случае двигателя постоянного тока мы можем осуществить такое преключение добавив в электрический контур коммутатор (преключатель, или коллекторный узел), который будет переключать направление тока. Такой коммутатор состоит из разомкнутого кольца, закрепленного на оси якоря таким образом, чтобы оно двигалось вместе с осью якоря и соединялось с обмотками двигателя (рис.3). Чтобы подключить коммутатор к источнику питания используются щетки. Фактически эти элементы не являются щетками, это пластины из проводящего материала (в большинстве случаев графитовые, но иногда используются также и золотые или серебряные). Эти пластины закрепляются напротив коммутатора с помощью плоских пружин. При повороте якоря двигателя направление тока изменяется на противоположное через каждые 180°, позволяя двигателю продолжать вращение.

Рис.3. Коллектор двигателя постоянного тока

Во второй части статьи «Коллекторные двигатели постоянного тока — реализация моделей» рассмотрены варианты моделей двигателей — их преимущества и недостатки в зависимости от конструктивных исполнений. В частности, рассмотрены отличия двухполюсного и трехполюсного коллекторных двигателей.

Напишите принцип работы электродвигателя 12 класс физики CBSE

Подсказка: Электродвигатель можно определить как электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Большинство электродвигателей работают на основе взаимодействия между магнитным полем двигателя и электрическим током в проволочной обмотке, что является основным принципом для создания силы в виде крутящего момента, приложенного к валу двигателя.

Полный пошаговый ответ:
Электродвигатель работает по принципу магнитного действия тока.Его принцип заключается в том, что когда прямоугольную катушку помещают в магнитное поле и через нее пропускают ток, катушка вращается в результате сил, действующих на катушку.
Ниже перечислены части электродвигателя:
Источник питания постоянного тока: Это компонент, в котором генерируется рабочий источник энергии.
Коллектор: направление электрического источника, обеспечиваемого источником питания, зависит от этой части электродвигателя.
Якорь ротора: выполняет непрерывное вращение при работающем двигателе.Он также помогает при движении и подаче электроэнергии на другие части двигателя и транспортного средства.
Ось: Ось электромобиля содержит часть основного источника энергии, который дает возможность управлять транспортным средством за счет использования рулевого управления и редуктора. Магнит возбуждения
: Магнит возбуждения находится внутри электродвигателя и создает магнитное поле, которое позволяет вращать внутренний провод катушки в двигателе постоянного тока.
Основная идея электродвигателя на самом деле очень проста: вы подаете в него электричество на одном конце, а металлический стержень вращается на другом конце, давая вам мощность для привода любой машины.

Примечание: Электродвигатели настолько важны, что влияют почти на все аспекты современной жизни. Холодильники, пылесосы, кондиционеры, вентиляторы, жесткие диски компьютеров, автоматические автомобильные стеклоподъемники и многие другие приборы и устройства используют электродвигатели для преобразования электрической энергии в полезную механическую энергию.

Электродвигатель: принцип, конструкция, работа и применение

Электродвигатель

Электродвигатель:-

Электродвигатель представляет собой вращающееся устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

Принцип:-

Он основан на том принципе, что когда проводник с током помещается в перпендикулярное ему магнитное поле, на него действует сила.

Строительство:-

Рассмотрим прямоугольную катушку ABCD, помещенную в магнитное поле так, что AB и CD перпендикулярны направлению магнитного поля. Концы катушки соединены с двумя половинками разрезных колец. Внутренние стороны разрезных колец изолированы и прикреплены к оси. Внешние токопроводящие кромки разрезных колец касаются двух угольных щеток.Противоположные стороны щеток соединены с батареей и ключом, как показано на рисунке.

Рис. Двигатель постоянного тока

Коммутатор: —  Устройство, которое меняет направление тока в цепи, называется коммутатором.

 В электродвигателе разрезные кольца действуют как коллектор.

Якорь:- Сердечник из мягкого железа, на который намотана катушка, а также катушки, называется якорем.

Рабочий:-

Согласно рисунку ток в катушку ABCD поступает от щетки X.Так как катушка с током ABCD находится в перпендикулярном к ней магнитном поле. Итак, по правилу левой руки Флеминга мы можем сказать, что AB движется вниз, а CD движется вверх. В следующей половине оборота CD приближается к северному полюсу, а AB приближается к южному полюсу. Опять же, применяя правило левой руки Флеминга, мы видим, что AB движется вверх, а CD движется вниз. Этот процесс продолжается, и катушка начинает вращаться.

Источник: Uniclass Content

В коммерческих двигателях,

  • вместо постоянного магнита используется электромагнит.
  • Используется большое количество витков катушки.
  • используется сердечник из мягкого железа, на который наматывается катушка.

Использование электродвигателя:-

Используется в электровентиляторах, холодильниках, mp3-плеерах, стиральных машинах и т. д.

 Двигатель постоянного тока состоит из разрезных колец, а двигатель переменного тока состоит из двух контактных колец.

Введение в бесщеточные двигатели постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока

широко используются в промышленности по всему миру.На самом базовом уровне есть щеточные и бесщеточные двигатели, а также двигатели постоянного и переменного тока. Бесщеточные двигатели постоянного тока, как вы понимаете, не содержат щеток и используют постоянный ток.

Эти двигатели обладают многими особыми преимуществами по сравнению с другими типами электродвигателей, но, помимо основ, что такое бесщеточный двигатель постоянного тока? Как это работает и для чего используется?

Как работает бесщеточный двигатель постоянного тока

Часто бывает полезно сначала объяснить, как работает коллекторный двигатель постоянного тока, поскольку они использовались в течение некоторого времени до того, как стали доступны бесщеточные двигатели постоянного тока.Коллекторный двигатель постоянного тока имеет постоянные магниты снаружи своей конструкции с вращающимся якорем внутри. Постоянные магниты, неподвижные снаружи, называются статором. Якорь, который вращается и содержит электромагнит, называется ротором.

В щеточном двигателе постоянного тока ротор вращается на 180 градусов, когда на якорь подается электрический ток. Чтобы двигаться дальше, полюса электромагнита должны поменяться местами. Щетки, когда ротор вращается, вступают в контакт со статором, переворачивая магнитное поле и позволяя ротору вращаться на полные 360 градусов.

Бесщеточный двигатель постоянного тока, по сути, вывернут наизнанку, что устраняет необходимость в щетках для переворачивания электромагнитного поля. В бесщеточных двигателях постоянного тока постоянные магниты находятся на роторе, а электромагниты — на статоре. Затем компьютер заряжает электромагниты в статоре, чтобы ротор повернулся на полные 360 градусов.

Для чего используются бесщеточные двигатели постоянного тока?

Бесщеточные двигатели постоянного тока

обычно имеют КПД 85–90 %, тогда как щеточные двигатели обычно имеют КПД только 75–80 %.Щетки со временем изнашиваются, иногда вызывая опасное искрообразование, что ограничивает срок службы щеточного двигателя. Бесщеточные двигатели постоянного тока тихие, легкие и имеют гораздо более длительный срок службы. Поскольку компьютеры контролируют электрический ток, бесщеточные двигатели постоянного тока могут обеспечить гораздо более точное управление движением.

Из-за всех этих преимуществ бесщеточные двигатели постоянного тока часто используются в современных устройствах, где требуется низкий уровень шума и малое тепловыделение, особенно в устройствах, работающих непрерывно. Это могут быть стиральные машины, кондиционеры и другая бытовая электроника.Они могут быть даже основным источником питания для сервисных роботов, что потребует очень тщательного контроля силы из соображений безопасности.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока

обладают рядом явных преимуществ по сравнению с другими типами электродвигателей, поэтому они используются во многих предметах домашнего обихода и могут стать основным фактором роста сервисных роботов внутри и за пределами промышленного сектора.

Если вы считаете, что эта технология может принести пользу вашему приложению, просмотрите список поставщиков и интеграторов бесщеточных двигателей постоянного тока.

 

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока представляет собой электрическую машину, которая преобразует электрическую энергию в механическую .

Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила.

Направление механической силы определяется Правилом левой руки Флеминга , а ее величина определяется как F = BIL Ньютон.

Принципиальной разницы в конструкции генератора постоянного тока и двигателя постоянного тока нет. Фактически, одна и та же машина постоянного тока может использоваться как генератор или как двигатель.

Как и генераторы, существуют различные типы двигателей постоянного тока, которые также классифицируются как двигатели постоянного тока с параллельной, последовательной и смешанной обмоткой .

Двигатели постоянного тока редко используются в обычных целях, потому что все электроснабжающие компании поставляют переменный ток.

Однако для специальных применений, таких как сталелитейные заводы , шахты и электропоезда , выгодно преобразовывать переменный ток в постоянный, чтобы использовать двигатели постоянного тока.Причина в том, что характеристики скорости/крутящего момента двигателей постоянного тока намного лучше, чем у двигателей переменного тока.

Поэтому неудивительно, что для промышленных приводов двигатели постоянного тока так же популярны, как и трехфазные асинхронные двигатели.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Машина, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую, известна как двигатель постоянного тока.

Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на проводник действует механическая сила.

Направление этой силы определяется правилом левой руки Флеминга , а величина определяется по формуле;

F = BIL Ньютоны

Согласно правилу левой руки Флеминга, когда электрический ток проходит через катушку в магнитном поле, магнитная сила создает крутящий момент, который вращает двигатель постоянного тока.

Направление этой силы перпендикулярно как проводу, так и магнитному полю.

Правило левой руки Флеминга

По сути, нет никакой конструктивной разницы между двигателем постоянного тока и генератором постоянного тока.Одна и та же машина постоянного тока может работать как генератор или двигатель.

Поперечное сечение машины постоянного тока

Работа двигателя постоянного тока

Рассмотрим часть многополярного двигателя постоянного тока , как показано на рисунке ниже. Когда клеммы двигателя подключены к внешнему источнику питания постоянного тока:

  • магниты возбуждения возбуждаются, создавая чередующиеся северный и южный полюса
  • по проводникам якоря проходят токи.
Часть многополярного двигателя постоянного тока

Все проводники под северным полюсом пропускают ток в одном направлении, а все проводники под южным полюсом пропускают ток в противоположном направлении.

Проводники якоря под полюсом N пропускают токи в плоскость бумаги (обозначены ⊗ на рисунке). А по проводникам под S-полюсом текут токи из плоскости бумаги (обозначены ⨀ на рисунке).

Так как каждый проводник якоря несет ток и находится в магнитном поле, на него действует механическая сила .

При применении правила левой руки Флеминга становится ясно, что сила, действующая на каждый проводник, стремится повернуть якорь против часовой стрелки.Все эти силы складываются вместе, чтобы создать движущий момент , который заставляет якорь вращаться.

Когда проводник перемещается с одной стороны щетки на другую, ток в этом проводнике меняется на противоположный. В то же время он попадает под влияние следующего полюса, который имеет противоположную полярность. Следовательно, направление силы на проводнике остается тем же .

Следует отметить, что функция коммутатора в двигателе такая же, как и в генераторе.Путем изменения направления тока в каждом проводнике, когда он проходит от одного полюса к другому, это помогает создать непрерывный и однонаправленный крутящий момент .

Анимация видео

Далее: Противо-ЭДС в двигателе постоянного тока

Электродвигатель — точка назначения

Электродвигатель

Определение

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механический крутящий момент. Другими словами, устройства, создающие вращательную силу, известны как двигатель.В некоторых приложениях, например, в транспортной отрасли с тяговыми двигателями, электродвигатели могут работать как в двигательном, так и в генераторном или тормозном режимах, чтобы также производить электрическую энергию из механической энергии.

Принцип работы электродвигателя в основном зависит от взаимодействия магнитного и электрического поля. Электродвигатель в основном подразделяется на два типа. Это двигатель переменного тока и двигатель постоянного тока. Двигатель переменного тока потребляет переменный ток в качестве входа, тогда как двигатель постоянного тока потребляет постоянный ток.Самые большие электродвигатели используются для приведения судов в движение, сжатия трубопроводов и гидроаккумулирующих установок с номинальной мощностью до 100 мегаватт. Электродвигатели можно классифицировать по типу источника электроэнергии, внутренней конструкции, применению, типу выходного движения и т. д.

Электродвигатели также используются для создания линейной или вращательной силы, и их следует отличать от таких устройств, как магнитные соленоиды и громкоговорители, которые преобразуют электричество в движение, но не генерируют полезную механическую мощность, которые соответственно называются исполнительными механизмами и преобразователями.

 

Принцип работы электродвигателей

Электродвигатели работают на принципах электромагнетизма. Когда заряды неподвижны, они создают электрические поля. Но когда заряды движутся, они создают магнитные поля. Например, ток в проводе создает собственное магнитное поле. Это то, что мы используем в электродвигателе для создания движения. Когда по проволоке пропускали ток, проволока вращалась вокруг магнита, показывая, что ток порождал близкое круговое магнитное поле вокруг проволоки.Этот двигатель часто демонстрируется в физических экспериментах, заменяя токсичную ртуть рассолом. Хотя колесо Барлоу было ранним усовершенствованием этой демонстрации Фарадея, эти и подобные им униполярные двигатели оставались непригодными для практического применения до конца века.

Электродвигатель содержит катушку с проводом, который создает магнитное поле, когда через него проходит электричество. Это все вместе известно как электромагнит. Оказывается, когда ток течет через магнитное поле, заряды ощущают на себе магнитную силу под углом 90 градусов к направлению, в котором они движутся.Из-за этого проволока в целом ощущает большую силу. И эта сила заставляет проволочную петлю двигаться; электрическая энергия превратилась в движение.

 

Типы электродвигателей

Среди четырех основных классов двигателей, упомянутых выше, двигатель постоянного тока, как следует из названия, является единственным, который приводится в действие постоянным током. Это самая примитивная версия электродвигателя, в которой крутящий момент создается за счет протекания тока по проводнику внутри магнитного поля.Его работа основана на основном принципе: когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует сила и возникает крутящий момент. Двигатель постоянного тока подразделяется на два типа: двигатель с самовозбуждением и двигатель с независимым возбуждением.

  • Двигатель с независимым возбуждением: Двигатель, в котором обмотка постоянного тока возбуждается от отдельного источника постоянного тока, известен как двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. С помощью отдельного источника обмотка якоря двигателя находится под напряжением и создает поток.
  • Двигатель с самовозбуждением: По соединению обмотки возбуждения двигатели постоянного тока с самовозбуждением подразделяются на три типа. Это серийные, шунтовые и комбинированные двигатели постоянного тока.

В двигателе переменного тока другого типа, где вращающееся магнитное поле разрезает проводники ротора, следовательно, циркулирующий ток индуцируется в этих короткозамкнутых проводниках ротора. За счет взаимодействия магнитного поля и этих циркулирующих токов ротор начинает вращаться и продолжает свое вращение.Он подразделяется на три типа; это асинхронный двигатель, синхронный двигатель, линейный двигатель.

  • Асинхронный двигатель: Этот двигатель использует явление электромагнитной индукции для преобразования электроэнергии в механическую энергию. По конструкции ротора различают два типа асинхронных двигателей. А именно асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и асинхронный двигатель с фазной обмоткой.
  • Линейный двигатель: Двигатель, который создает линейную силу вместо силы вращения, известен как линейный двигатель.Этот двигатель имеет развернутые ротор и статор. Такой тип двигателя используется на раздвижных дверях и в приводах.
  • Синхронный двигатель: Машина, преобразующая переменный ток в механическую энергию с заданной частотой, называется синхронным двигателем. В синхронном двигателе скорость двигателя синхронизирована с частотой питающего тока.

Электродвигатели работают на трех различных физических принципах: магнитном, электростатическом и пьезоэлектрическом.На сегодняшний день наиболее распространенным является магнитный.

В магнитных двигателях магнитные поля формируются как в роторе, так и в статоре. Произведение этих двух полей создает силу и, следовательно, крутящий момент на валу двигателя. Одно или оба из этих полей должны изменяться при вращении двигателя. Это делается путем включения и выключения шестов в нужное время или изменения силы шеста.

 

Ссылка: Circuitglobe.com, electric4u.com, Википедия, Study.com

Принцип работы двигателя переменного тока с основными сведениями и конструкцией

Принцип работы двигателя переменного тока основан на простых принципах магнетизма. Но прежде чем подробно обсуждать принцип работы двигателя переменного тока, давайте разберемся с основами. AC является аббревиатурой от Переменный ток . В то время как постоянный или постоянный ток остается постоянным во времени, переменный ток периодически меняет свое направление.

 

Разница между переменным током и постоянным током:

Профиль напряжения постоянного тока показан на рисунке ниже.Посмотрите, как величина напряжения остается постоянной с течением времени. Для работы генератора постоянного тока и двигателя постоянного тока требуется такое напряжение.

Форма сигнала напряжения постоянного тока

 

Ниже приведен профиль напряжения переменного тока.

Один полный цикл источника переменного тока

 

  • В источнике переменного тока двигателя переменного тока величина напряжения начинается с нуля, увеличивается до максимального значения, а затем начинает уменьшаться, пока снова не достигнет нуля. Он совершает полупериод и известен как положительный полупериод .
Положительный полупериод источника переменного тока

 

  • После завершения полупериода величина напряжения снова увеличивается, но уже в обратном направлении. Он следует той же схеме, что и положительный полупериод, и известен как отрицательный полупериод .

 

Отрицательный полупериод источника переменного тока

 

  • Комбинация положительных и отрицательных циклов составляет один полный цикл.
  • Время, необходимое для завершения этого цикла, известно как Период времени .Обратная величина периода времени равна частоте . Так, для электрической системы частотой 50 Гц этот цикл завершается за 0,02 с.
  • Двигатели переменного тока
  • работают по принципу электромагнитной индукции . Он преобразует электрическую энергию (в форме переменного тока) в механическую энергию (вращение вала).
  • Принцип работы двигателя переменного тока подробно объясняется после описания базовой конструкции двигателя переменного тока.

 

 

Базовая конструкция двигателя переменного тока

Конструкция двигателя переменного тока

** Источник изображения

Итак, после понимания основ, давайте узнаем, как двигатель переменного тока выглядит изнутри.

  • Если упростить конструкцию двигателя переменного тока, то он состоит из двух основных частей. Стационарная конструкция (статор) и вращающаяся часть (ротор).
  • Неподвижная часть состоит из катушек, покрывающих всю ее внутреннюю периферию. При прохождении электрического тока через эти обмотки электромагниты возбуждаются, создавая полюса с чередующейся полярностью.
  • В двигателях переменного тока
  • в качестве ротора используется либо постоянный магнит , либо сердечник из тонколистовой многослойной стали .Последний использует проводящие стержни вместо катушек проволоки в качестве проводника.
  • Вал удерживает вращающуюся часть двигателя. Подшипники между ними обеспечивают свободное перемещение ротора.
  • Внешняя рама охватывает как неподвижную, так и вращающуюся часть. Он защищает двигатель от воды или любых других факторов окружающей среды.
Статор (справа) и ротор (слева) двигателя переменного тока

**Изображение предоставлено

Подробное описание принципа работы двигателя переменного тока

Чтобы понять, как работает двигатель переменного тока, рассмотрим ротор с постоянными магнитами.Ротор свободно перемещается между двумя полюсами электромагнитного статора (полюсами А и В) с небольшим воздушным зазором между ними. Электромагниты подключаются непосредственно к источнику переменного тока.
При подаче переменного тока на электромагниты подается напряжение, и они образуют магнитные полюса.

Упрощенная конструкция, объясняющая принцип работы двигателя переменного тока

 

Случай 1:

Во время положительного полупериода переменного тока пусть полюс А достигает полярности северного полюса, а полюс В достигает полярности южного полюса.Теперь по закону магнетизма разноименные полюса будут притягиваться друг к другу. Итак, полюс А притягивает южный полюс ротора. И ротор выравнивается в положении, как показано на рисунке.

Ориентация ротора во время положительного полупериода

 

Случай 2:

Во время отрицательного полупериода полярность питания переменного тока меняется на противоположную, и, следовательно, меняется полярность полюсов. Так что теперь полюс А достигает полярности южного полюса, а полюс Б получает полярность северного полюса.
В этой ситуации одинаковые полюса обращены друг к другу.Таким образом, отталкивающая магнитная сила будет пытаться отклонить ротор от этого положения. Когда ротор отклоняется, в игру вступает сила магнитного притяжения. И, следовательно, теперь полюс А притягивает северный полюс ротора. Ротор выравнивается в новом положении, как показано на рисунке.

Ориентация ротора во время отрицательного полупериода

 

Вращающееся магнитное поле в двигателе переменного тока

Ротор повернулся на угол 180 градусов. Ротор снова поворачивается на 180 градусов в предстоящий положительный полупериод и так далее.Этот оборот ротора продолжается до тех пор, пока на обмотку статора подается питание.

Вращающееся магнитное поле статора с питанием переменным током

Если мы наблюдаем, магнитное поле статора постоянно меняется. В каждом цикле подачи переменного тока кажется, что магнитное поле вращается внутри периферии статора. С технической точки зрения это называется вращающимся магнитным полем.

 

Что такое RPM (количество оборотов в минуту)?

180-градусный оборот ротора за один цикл переменного тока

Для любой вращающейся машины число оборотов в минуту означает скорость вращения ротора.Это количество оборотов ротора за одну минуту. На приведенном выше рисунке показано, что ротор вращается на 180 градусов за один цикл переменного тока. Таким образом, для системы с частотой 50 Гц ротор совершает один оборот за 0,02 секунды. Правильный? Значит, за одну секунду этот ротор сделает 50 оборотов. И, следовательно, за одну минуту ротор успешно сделает 3000 оборотов внутри периферии статора. Очень быстро, да? Итак, в нашем обсуждаемом примере скорость вращения ротора составляет 3000 об/мин.

 

Заключение

Приведенная выше теория была всего лишь примером, объясняющим, как работает двигатель переменного тока.В электрических системах двигатели переменного тока обычно имеют более двух электромагнитных полюсов для лучшего распределения потока. Не во всех двигателях переменного тока используется постоянный магнит. В зависимости от применения требуются различные типы роторов. Но основной принцип работы двигателя переменного тока всегда остается неизменным. то есть заставляя ротор вращаться в соответствии с вращающимся магнитным полем статора.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Принцип работы электрического двигателя постоянного тока:

На рисунке ниже показан электрический двигатель постоянного тока.Хотите знать , что такое электрический двигатель постоянного тока . Это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Эти электрические двигатели постоянного тока могут работать, давая как переменный ток, так и постоянный ток.


  • Имеет входные и выходные клеммы. Входные клеммы подключены к электрическому току, а механическая энергия собирается с выходных клемм.
  • Работает по принципу Фарадея по законам электромагнитной индукции .

    Внутренние части электродвигателя показаны ниже на рисунке: 

      Принцип работы электродвигателя постоянного тока:

      Машина, которая преобразует d.c. мощность в механическую мощность известен как d.в.

      двигатель . Его работа основана на принципе , согласно которому при токопроводящем

      проводник помещен в магнитное поле, на проводник действует механическая сила.

      F = миллиард ньютонов

      В принципе, нет никакой конструктивной разницы между d.в. двигатель и d.c. генератор .То же d.c. машина может работать как генератор или двигатель. Принцип работы двигателя постоянного тока можно объяснить с помощью правила левой руки Флеминга.   

      Правило левой руки Флеминга:
      • Согласно правилу левой руки Флеминга , если проводник с током находится в магнитном поле, то он испытывает силу, перпендикулярную магнитному полю и направлению тока.
      • Если мы вытянем большой, указательный и средний пальцы левой руки перпендикулярно, и если указательный палец представляет направление магнитного поля, а средний палец представляет направление тока, то большой палец представляет направление силы, действующей на проводник с током.

      Работа двигателя постоянного тока:

      Рассмотрим часть многополярного постоянного тока. двигатель , как показано на рисунке ниже. Когда клеммы двигателя подключены к внешнему источнику d.в. поставка:

      (i) магниты возбуждения возбуждаются, развивая чередующиеся N и S полюса;

      (ii) по проводникам якоря текут токи. Все проводники под N-полюсом

      пропускают токи в одном направлении, в то время как все проводники под S-полюсом

      несут токи в обратном направлении.

      Предположим, что проводники под N-полюсом переносят токи в плоскость бумаги, а проводники под S-полюсом переносят токи из плоскости бумаги, как показано на рисунке выше.Поскольку каждый проводник якоря несет ток и находится в магнитном поле, на него действует механическая сила. Ссылаясь на приведенный выше рисунок и применяя правило левой руки Флеминга , становится ясно, что сила, действующая на каждый проводник, стремится повернуть якоря против часовой стрелки. Все эти силы складываются вместе, чтобы создать движущий момент, который приводит во вращение якорь .

      Когда проводник перемещается с одной стороны щетки на другую, ток в этом проводнике меняется на противоположный и в то же время он попадает под влияние следующего полюса противоположной полярности.Следовательно, направление силы на проводнике остается прежним.
                  Коммутатор создает однонаправленный крутящий момент. Если его нет, то движение (сила) проводника будет меняться на противоположное каждый раз при изменении направления магнитного поля. Это принцип работы двигателя постоянного тока .

      .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *