Astăzi este imposibil să ne imaginăm civilizația umană și societatea de în altă tehnologie fără electricitate. Unul dintre principalele dispozitive care asigură funcționarea aparatelor electrice este motorul. Această mașină a găsit cea mai largă distribuție: de la industrie (ventilatoare, concasoare, compresoare) până la uz casnic (mașini de spălat, burghie etc.). Dar care este principiul de funcționare al unui motor electric?
Destinație
Principiul de funcționare al motorului electric și principalele sale scopuri sunt transferul energiei mecanice necesare efectuării proceselor tehnologice către corpurile de lucru. Motorul însuși îl generează datorită energiei electrice consumate din rețea. În esență, principiul de funcționare al unui motor electric este transformarea energiei electrice în energie mecanică. Cantitatea de energie mecanică generată de acesta într-o unitate de timp se numește putere.
Vizualizărimotoare
În funcție de caracteristicile rețelei de alimentare, se pot distinge două tipuri principale de motoare: pe curent continuu și pe curent alternativ. Cele mai comune mașini de curent continuu sunt motoarele cu excitație în serie, independentă și mixtă. Exemple de motoare de curent alternativ sunt mașinile sincrone și asincrone. În ciuda diversității aparente, dispozitivul și principiul de funcționare a unui motor electric în orice scop se bazează pe interacțiunea unui conductor cu curent și un câmp magnetic, sau un magnet permanent (obiect ferromagnetic) cu un câmp magnetic.
Bucla curentă - un prototip al motorului
Punctul principal într-o chestiune precum principiul funcționării unui motor electric poate fi numit apariția cuplului. Acest fenomen poate fi luat în considerare folosind exemplul unui cadru cu un curent, care constă din doi conductori și un magnet. Curentul este furnizat conductoarelor prin inele de contact, care sunt fixate pe axa cadrului rotativ. În conformitate cu celebra regulă a mâinii stângi, forțele vor acționa asupra cadrului, ceea ce va crea un cuplu în jurul axei. Se va roti în sens invers acelor de ceasornic sub acțiunea acestei forțe totale. Se știe că acest moment de rotație este direct proporțional cu inducția magnetică (B), puterea curentului (I), aria cadrului (S) și depinde de unghiul dintre liniile câmpului și axa acestora din urmă. Totuși, sub acțiunea unui moment care se schimbă în direcția sa, cadrul va oscila. Ce se poate face pentru a crea un permanentdirectii? Există două opțiuni aici:
- schimba direcția curentului electric în cadru și poziția conductorilor față de polii magnetului;
- schimba direcția câmpului în sine, în timp ce cadrul se rotește în aceeași direcție.
Prima opțiune este folosită pentru motoarele de curent continuu. Iar al doilea este principiul motorului AC.
Schimbarea direcției curentului în raport cu magnetul
Pentru a schimba direcția de mișcare a particulelor încărcate în conductorul cadrului cu curent, aveți nevoie de un dispozitiv care să stabilească această direcție în funcție de locația conductorilor. Acest design este implementat prin utilizarea contactelor glisante, care servesc la furnizarea de curent buclei. Când un inel înlocuiește două, când cadrul se rotește cu o jumătate de tură, direcția curentului este inversată, iar cuplul îl menține. Este important să rețineți că un inel este asamblat din două jumătăți, care sunt izolate una de ceal altă.
Design mașină DC
Exemplul de mai sus este principiul de funcționare al unui motor de curent continuu. Adevărata mașină, desigur, are un design mai complex, în care zeci de cadre sunt folosite pentru a forma înfășurarea armăturii. Conductorii acestei înfășurări sunt plasați în caneluri speciale într-un miez feromagnetic cilindric. Capetele înfășurărilor sunt conectate la inele izolate care formează un colector. Înfășurarea, comutatorul și miezul sunt o armătură care se rotește în rulmenți pe corpul motorului însuși. Câmpul magnetic de excitație este creat de polii magneților permanenți, care se află în carcasă. Înfășurarea este conectată la rețea și poate fi pornită fie independent de circuitul armăturii, fie în serie. În primul caz, motorul electric va avea excitație independentă, în al doilea - secvenţial. Există, de asemenea, un design cu excitație mixtă, atunci când două tipuri de conexiuni de înfășurare sunt utilizate simultan.
Mașină sincronă
Principiul de funcționare al unui motor sincron este de a crea un câmp magnetic rotativ. Apoi, trebuie să plasați în acest câmp conductoarele care sunt raționalizate cu un curent constant în direcție. Principiul de funcționare a unui motor sincron, care a devenit foarte răspândit în industrie, se bazează pe exemplul de mai sus cu o buclă cu curent. Câmpul rotativ creat de magnet este format folosind un sistem de înfășurări care sunt conectate la rețea. Înfășurările trifazate sunt de obicei utilizate, cu toate acestea, principiul de funcționare al unui motor de curent alternativ monofazat nu va diferi de unul trifazat, cu excepția poate în ceea ce privește numărul de faze în sine, ceea ce nu este semnificativ atunci când se iau în considerare caracteristicile de proiectare. Înfășurările sunt plasate în fantele statorului cu o oarecare deplasare în jurul circumferinței. Acest lucru se face pentru a crea un câmp magnetic rotativ în spațiul de aer format.
Sincronism
Un punct foarte important este funcționarea sincronă a motorului electricconstrucția de mai sus. Când câmpul magnetic interacționează cu curentul din înfășurarea rotorului, se formează procesul de rotație a motorului în sine, care va fi sincron în raport cu rotația câmpului magnetic format pe stator. Sincronismul va fi menținut până la atingerea cuplului maxim, care este cauzat de rezistență. Dacă sarcina crește, este posibil ca aparatul să nu sincronizeze.
Motor cu inducție
Principiul de funcționare al unui motor electric asincron este prezența unui câmp magnetic rotativ și a cadrelor închise (contururi) pe rotor - partea rotativă. Câmpul magnetic se formează în același mod ca și într-un motor sincron - cu ajutorul înfășurărilor situate în canelurile statorului, care sunt conectate la o rețea de tensiune alternativă. Înfășurările rotorului constau dintr-o duzină de cadre în buclă închisă și au de obicei două tipuri de execuție: fază și în scurtcircuit. Principiul de funcționare al motorului AC în ambele versiuni este același, doar designul se modifică. În cazul unui rotor cu colivie de veveriță (cunoscut și ca colivie de veveriță), înfășurarea este turnată cu aluminiu topit în fante. La fabricarea înfășurării de fază, capetele fiecărei faze sunt scoase în evidență folosind inele de contact culisante, deoarece acest lucru va permite includerea în circuit a unor rezistențe suplimentare, care sunt necesare pentru a controla turația motorului.
Mașină de tracțiune
Principiul de funcționare al motorului de tracțiune este similar cu cel al unui motor de curent continuu. Din rețeaua de alimentare, curentul este furnizat unui transformator de creștere. Mai departecurentul alternativ trifazat este transmis la substații speciale de tracțiune. Există un redresor. Convertește AC în DC. Conform schemei, se realizează cu una dintre polaritățile sale către firele de contact, a doua - direct pe șine. Trebuie amintit că multe mecanisme de tracțiune funcționează la o frecvență diferită de cea industrială consacrată (50 Hz). Prin urmare, un convertor de frecvență este utilizat pentru un motor electric, al cărui principiu de funcționare este de a converti frecvențele și de a controla această caracteristică.
La pantograful ridicat, tensiunea este furnizată în camerele în care sunt amplasate reostatele și contactoarele de pornire. Cu ajutorul controlerelor, reostatele sunt conectate la motoare de tracțiune, care se află pe osiile boghiurilor. Din ele, curentul trece prin anvelope spre șine, iar apoi revine la stația de tracțiune, completând astfel circuitul electric.
