Что такое электродвигатель. Электродвигатель: типы, устройство, принцип работы и основные характеристики

Классификация электродвигателей — Электрический двигательПо принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающий момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.

Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).

Двигатели постоянного тока

Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:

1. коллекторные двигатели;
2. бесколлекторные двигатели.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.

По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:

1. двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных магнитов;
2. двигатели с самовозбуждением .

Двигатели с самовозбуждением делятся на:

1. Двигатели с параллельным возбуждением;(обмотка якоря включается параллельно обмотке возбуждения)
2. Двигатели последовательного возбуждения;(обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения)
3. Двигатели смешанного возбуждения.(обмотка возбуждения включается частично последовательно частично параллельно обмотке якоря)

Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (прео

Электрический двигатель

Статья опубликована 26.06.2014 06:06

Последняя правка произведена 27.01.2016 18:29

Определение.

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

Предыстория.

Якоби Борис Семенович

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.

электродвигатель Бориса Якоби 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 смотрите здесь.

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.

Вращающееся магнитное поле

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;

трехфазные асинхронные двигатели

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.

История создания электродвигателя

Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.

1800, Вольта

Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.

1820, Эрстед

Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.

1821, Фарадей

Первый электродвигатель Фарадея, 1821 г.

Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.

1822, Ампер

Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.

1822, Барлоу

Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.

1825, Араго

Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.

1825, Стёрджен

Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.

Вращающееся устройство Йедлика, 1827/28 гг.

1827, Йедлик

Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.

1831, Фарадей

Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.

1831, Генри

Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.

1832, Пикси

Генератор постоянного тока Пикси

Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.

Электродвигатель Стёрджена
Strurgejn’s Annals of Electricity, 1836/37, vol. 1

1833, Стёрджен

Британский физик, Уильям Стёрджен, публично продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе в Марте 1833 года в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне. Данное изобретение считается первым электродвигателем, который можно было использовать.

1833, Ленц

В начале в электромеханике разграничивали магнито-электрические машины (электрические генераторы) и электро-магнитные машины (электрические двигатели). Российский физик (немецкого происхождения), Эмилий Христианович Ленц, опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости электрического двигателя и генератора.

Май 1834, Якоби

Первый вращающийся электродвигатель. Якоби, 1834

Немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович (Мориц Герман фон) Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным или качательным движением якоря.

1836 — 1837, Дэвенпорт

Проводя эксперименты с магнитами, американский кузнец и изобретатель, Томас Дэвенпорт, создает свой первый электромотор в июле 1834 года. В декабре этого же года он впервые продемонстрировал свое изобретение. В 1837 году Дэвенпорт получил первый патент (патент США №132) на электрическую машину.

1839, Якоби

Используя электродвигатель питающийся от 69 гальванических элементов Грове и развивающий 1 лошадиную силу, в 1839 г. Якоби построил лодку способную двигаться с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое практическое применение электродвигателя.

1837 — 1842, Дэвидсон

Шотландский изобретатель, Роберт Дэвидсон, занимался разработкой электродвигателя с 1837 года. Он сделал несколько приводов для токарного станка и моделей транспортного средства. Дэвидсон изобрел первый электрический локомотив.

1856, Сименс

Немецкий инженер, изобретатель, ученый, промышленник, основатель фирмы Siemens, Вернер фон Сименс изобрел электрический генератор с двойным T-образным якорем. Он первый разместил обмотки в пазах.

1861-1864, Максвелл

Британский физик, математик и механик, Джеймс Клерк Максвелл, обобщил знания об электромагнетизме в четырех фундаментальных уравнениях. Вместе с выражением для силы Лоренца уравнения Максвелла образуют полную систему уравнений классической электродинамики.

1871-1873, Грамм

Бельгийский изобретатель, Зеноб Теофил Грамм, устранил недостаток электрических машин с двух-Т-образным якорем Сименса, который заключался в сильных пульсациях вырабатываемого тока и быстром перегреве. Грамм предложил конструкцию генератора с самовозбуждением, который имел кольцевой якорь.

1885, Феррарис

Итальянский физик и инженер, Галилео Феррарис, изобрел первый двухфазный асинхронный электродвигатель. Однако Феррарис думал, что такой двигатель не сможет иметь КПД выше 50%, поэтому он потерял интерес и не продолжал улучшать асинхронный электродвигатель. Считается, что Феррарис первым объяснил явление вращающегося магнитного поля.

1887, Тесла

Американец сербского происхождения, изобретатель, Никола Тесла, работая независимо от Феррариса, изобрел и запатентовал двухфазный асинхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами статора (сосредоточенными обмотками). Тесла ошибачно считал что двухфазная система токов оптимальна с экономической точки зрения среди всех многофазных систем.

1889-1891, Доливо-Добровольский

Русский электротехник польского происхождения, Михаил Осипович Доливо-Добровольский, прочитав доклад Феррариса о вращающемся магнитном поле изобрел ротор в виде «беличьей клетки». Дальнейшая работа в этом направлении привела к разработке трехфазной системы переменных токов и трехфазного асинхронного электродвигателя, получившего широкое применение в промышленности и практически не изменившегося до нашего времени.

Широкое внедрение электромеханических устройств в России начинается после Октябрьской революции 1917 г., когда электрификация всей страны стала основой технической политики нового государства. Можно сказать, что XX век стал веком становления и широкого распространения электромеханики.

Выбор между двухфазной и трехфазной системой

Доливо-Добровольский справедливо считал, что увеличение числа фаз в двигателе улучшает распределение намагничивающей силы по окружности статора. Переход к трехфазной системы от двухфазной уже дает большой выигрыш в этом отношении. Дальнейшее увеличение числа фаз нецелесообразно, так как приводит к значительному увеличению расходов металла на провода.

Для Теслы же казалось очевидным, что чем меньше число фаз, тем меньше требуется проводов, и следовательно тем дешевле устройство электропередачи. При этом двухфазная система передачи требовала применения четырех проводов, что представлялось не желательным в сравнении с двух проводными системами постоянного или однофазного переменного токов. Поэтому Тесла предлагал применять трех проводную линию для двухфазной системы, делая один провод общим. Но это не сильно уменьшало количество затрачиваемого на систему металла, так как общий провод должен был быть большего сечения.

Таким образом трехфазная система токов предложенная Доливо-Добровольским была оптимальной для передачи энергии. Она практически сразу нашла широкое применение в промышленности и до наших дней является основной системой передачи электрической энергии во всем мире.

типов электродвигателей и их применение

Электродвигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию. В основном, есть три типа электродвигателей: двигатели переменного тока (синхронные и асинхронные двигатели), двигатели постоянного тока (щеточные и бесщеточные) и двигатели специального назначения.

Каков принцип работы электродвигателя?

• Когда токопроводящий проводник расположен во внешнем магнитном поле, перпендикулярном проводнику, он испытывает силу, перпендикулярную себе и внешнему магнитному полю.
• Правило правой руки для силы на проводнике может использоваться для определения направления силы, действующей на проводник: если большой палец правой руки указывает в направлении тока в проводнике и пальцы силы на проводник направлен наружу от ладони правой руки.
• Аналоговые электрические счетчики (то есть гальванометр, амперметр, вольтметр) работают по принципу двигателя. Электродвигатели являются важным применением принципа двигателя.

Конструкция

Электродвигатель состоит из постоянного внешнего полевого магнита (статора) и спирального проводящего амперметра (ротора), который может свободно вращаться внутри полевого магнита. Щетки и коммутатор (сконструированные по-разному, если на якорь подается ток переменного или постоянного тока) подключаются к якорю к внешнему источнику напряжения. Скорость вращения двигателя зависит от количества тока, протекающего через него, количества катушек на якоре, силы магнитного поля, проницаемости якоря и механической нагрузки, связанной с валом.

Типы двигателей

Как правило, электродвигатели подразделяются на два типа (двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока).
сейчас!
Мы подробно узнаем о подтипах двигателей переменного тока и двигателей постоянного тока.

Типы двигателей переменного тока

Синхронные двигатели

Существует два типа синхронных двигателей.

1. Обычная
2. Супер

асинхронных двигателей

• асинхронных двигателей

• коллекторных двигателей

  • Серия
  • компенсированный
  • Шунт
  • отталкивание
  • Repulsionl стартером индукции
  • отталкивание индукции

Классификация, основанная на типе тока

Классификация, основанная на скорости работы

• Постоянная скорость.
• Переменная скорость.
• Регулируемая скорость.

Классификация на основе конструктивных особенностей

• Открытый
• Закрытый
• Полузакрытый
• Вентилируемый
• Вентилируемый трубами
• Прямоугольный каркас с проушинами

Типы двигателей постоянного тока Большинство типов двигателей постоянного тока типы —

• Двигатели с постоянными магнитами
• Двигатель постоянного тока с щеткой
• Двигатель с шунтирующим током постоянного тока
Двигатель с последовательным намоткой
Двигатель с постоянным магнитом
• Совокупный состав
• Двигатель с дифференциальным соединением
• Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом Отдельно возбужденный
• Бесщеточный двигатель постоянного тока
• Двигатели постоянного тока без сердечника или без железа
• Двигатели постоянного тока с печатной арматурой или блинчиком
• Универсальные двигатели

Двигатель постоянного тока

В общем, двигатели постоянного тока наиболее желательны в двух ситуациях.Во-первых, когда единственным доступным источником питания является постоянный ток, что происходит в автомобилях и небольших устройствах с питанием от батареи. Другой случай, когда кривая крутящего момента должна быть тщательно выровнена. По мере развития технологий и манипуляций в двигателях переменного тока это становится менее важным аспектом, но исторически двигатель постоянного тока был прост в настройке, что делает его пригодным для применения в сервоприводе и тяге. С высоким током и низким напряжением относительной скорости. Вариациями стандартного двигателя постоянного тока являются мощность и бесщеточный двигатель постоянного тока, который является очень сложным устройством по сравнению со стандартным двигателем.Двигатели постоянного тока используются в приложениях, требующих управления скоростью или положением, а также когда требуется высокий пусковой крутящий момент, поскольку двигатели переменного тока испытывают трудности в этой области.

Смотрите также:

Двигатели с постоянными магнитами (PM)

• Двигатель с постоянными магнитами (PM) отличается от двигателя постоянного тока с намотанным полем в одном отношении: двигатель PM получает свое поле от постоянного тока магнит, тогда как в двигателе постоянного тока с обмоткой возбуждения поле создается, когда ток поля течет через катушки возбуждения.
• В двигателе с обмоткой возбуждения поток постоянен только до тех пор, пока ток поля поддерживается постоянным. Но, напротив, в двигателе с постоянными магнитами поток всегда постоянен.
• Мощность, производимая любым двигателем, определяется следующим образом:

где, P _° = выходная мощность (в л.с.)

T = крутящий момент (в фунтах-футах)

N _рт = ротор скорость (об / мин)

• Выходная мощность, таким образом, пропорциональна произведению крутящего момента и скорости.

Двигатели с постоянными магнитами можно разделить на 3 типа:

1. Обычный электродвигатель постоянного тока
2. Двигатель с подвижной катушкой
3. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока

Обычный электродвигатель постоянного тока

Обычные электродвигатели с постоянными магнитами содержат узел ротора с полюсными постоянными магнитами связан с роторной втулкой и содержится внутри немагнитной металлической втулки. Обычные узлы ротора включают немагнитный материал, такой как, например, пластик, между каждым из постоянных магнитов для поддержания желаемой ориентации постоянных магнитов на ступице ротора.Посадка с натягом между металлической втулкой и постоянными магнитами плотно прилегает к ротору.

Ротор с подвижной катушкой

Двигатель с подвижной катушкой (MCM), хотя и является двигателем с постоянными магнитами, отличается от обычного первичного двигателя с постоянным током в якоре. MCM является результатом технического требования, согласно которому двигатели имеют высокий крутящий момент, низкую инерцию ротора и низкую электрическую постоянную времени. Эти требования выполняются в MCM.

Моментный двигатель

Можно привести пример, когда все двигатели производили крутящий момент.Поэтому все двигатели можно назвать двигателями с крутящим моментом. Однако моментный двигатель отличается от других двигателей постоянного тока тем, что требуется работать в течение длительных периодов в остановленном состоянии или на низкой скорости. Не все двигатели постоянного тока предназначены для этой операции. Низкий cemf означает, что будет протекать большое количество тока якоря. Большинство обычных двигателей постоянного тока не предназначены для отвода тепла, создаваемого этим большим током. Но моментные двигатели предназначены для работы на низких оборотах или в условиях замедления в течение длительных периодов времени и используются в таких приложениях, как намотка или ленточные накопители.В намоточных устройствах натяжение часто контролируется моментным двигателем.

Шаговый двигатель

• Шаговый двигатель — это действительно цифровой двигатель.
• После того, как ротор делает шаг, он останавливается, пока не получит импульс.
• Шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические движения.
• Вал или шпиндель шагового двигателя вращаются с дискретным шагом, когда электрические управляющие импульсы подаются на него в правильной последовательности.
• Вращение двигателя имеет несколько прямых связей с этими применяемыми входными импульсами.
• Последовательность приложенных импульсов напрямую связана с направлением вращения валов двигателя. Скорость вращения валов двигателя направлена ​​в зависимости от частоты входных импульсов, а длина вращения напрямую связана с количеством приложенных входных импульсов.

Похожие темы

.

Электродвигатель | Британика

Самый простой тип асинхронного двигателя показан в поперечном сечении на рисунке. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы утюга статора. Эти обмотки могут быть подключены либо в конфигурации «вай», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, либо в конфигурации «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического железного сердечника с проводниками, размещенными в пазах вокруг поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора проводящим торцевым кольцом.

Поперечное сечение трехфазного асинхронного двигателя. Encyclopædia Britannica, Inc.

Основу работы асинхронного двигателя можно разработать, предположив сначала, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику электропитания и что набор из трех синусоидальных токов формы, показанной на рисунке, течет в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля через воздушный зазор машины в течение шести мгновений в цикле.Для простоты показана только центральная петля проводника для каждой фазовой обмотки. В момент времени t ₁ на рисунке ток в фазе a является максимально положительным, в то время как в фазах b и c половина этого значения отрицательна. В результате создается магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным наружным значением вверху и максимальным внутренним значением внизу. В момент времени т ₂ на рисунке (т.е.то есть, одна шестая часть цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как в фазе b и фазе a является половинным положительным значением. Результат, как показано для t ₂ на рисунке, снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Изучение распределения тока для т ₃ , т ₄ , т ₅ и т ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, объединенный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, заключается в создании вращающегося магнитного поля с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование напряжения в каждом, пропорциональном величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорачиваются вместе на каждом конце, эффект будет вызывать токи в этих проводниках. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. Структура токов ротора для момента т ₁ на рисунке показана на этом рисунке. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки (т.е.крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент действует для ускорения ротора и вращения механической нагрузки. Когда скорость вращения ротора увеличивается, его скорость относительно скорости вращения поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному уменьшению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, требуемому на этой скорости нагрузкой, при этом избыточный крутящий момент не доступен для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, возникающие в короткозамкнутых проводниках ротора. Encyclopædia Britannica, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться электрической входной мощностью. Исходные токи статора, показанные на рисунке, достаточны для создания вращающегося магнитного поля. Для поддержания этого вращающегося поля при наличии токов ротора на фигуре необходимо, чтобы обмотки статора передавали дополнительный компонент синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое могло бы возникнуть в противном случае. токами ротора на рисунке.Общий ток статора в каждой фазной обмотке представляет собой сумму синусоидальной составляющей для создания магнитного поля и другой синусоиды, ведущую первую на четверть цикла или на 90 °, чтобы обеспечить требуемую электрическую мощность. Второй или силовой компонент тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, тогда как первый или намагничивающий компонент отстает от приложенного напряжения на четверть цикла, или на 90 °. При номинальной нагрузке этот намагничивающий компонент обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными напрямую к трехфазному источнику постоянного напряжения и частоты. Типичные напряжения питания находятся в диапазоне от 230 вольт между линиями для двигателей относительно малой мощности (например, от 0,5 до 50 кВт) до около 15 кВ от линии к линии для мощных двигателей до примерно 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения в сопротивлении обмотки статора, напряжение питания соответствует скорости изменения магнитного потока в статоре машины.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянном напряжении величина вращающегося магнитного поля поддерживается постоянной, а крутящий момент приблизительно пропорционален составляющей мощности тока питания.

При использовании асинхронного двигателя, показанного на предыдущих рисунках, магнитное поле вращается на один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника питания 60 Гц полевая скорость составляет 60 оборотов в секунду, или 3600 в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать требуемое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость, как правило, на 0,5-5% ниже, чем полевая скорость (часто называемая синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости можно получить с помощью источника постоянной частоты, построив машину с большим числом пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которое должно быть четное число).Данная железная рама может быть намотана для любого из нескольких возможных чисел пар полюсов с помощью катушек, которые охватывают угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимому току катушки. Таким образом, номинальная мощность для рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна числу пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для 60-герцовых двигателей составляют 1800 и 1200 оборотов в минуту.

,

Электродвигатель — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическое движение. Динамо или электрический генератор делает обратное: он превращает механическое движение в электрическую энергию. Большинство электродвигателей работают с использованием силы магнетизма. Электростатические двигатели также были использованы.

Машины с электродвигателями включают в себя: вентиляторы, стиральные машины, холодильники, насосы и пылесосы.

Давайте начнем с рассмотрения общего плана простого двухполюсного электродвигателя постоянного тока. Простой мотор состоит из шести частей: • Арматура или ротор • Коллекторные • Кисти • мост • Полевой магнит • Источник питания постоянного тока какой-то Электродвигатель — все о магнитах и ​​магнетизме: двигатель использует магниты, чтобы создать движение. Если вы когда-либо играли с магнитами, вы знаете о фундаментальном законе всех магнитов: противоположности привлекают и любят отталкивать. Таким образом, если у вас есть два стержневых магнита с концами, помеченными как «север» и «юг», то северный конец одного магнита притянет южный конец другого.С другой стороны, северный конец одного магнита будет отталкивать северный конец другого (и аналогично юг будет отталкивать юг). Внутри электродвигателя эти силы притяжения и отталкивания создают вращательное движение. ^[1]

Чтобы понять, как работают электродвигатели, нужно понять, как работают электромагниты. Электромагнит является основой электромотора.

Электродвигатели классифицируются по плате на две различные категории, то есть постоянный ток (постоянный ток) и переменный ток (переменный ток).В этих категориях есть множество типов, каждый из которых предлагает уникальные способности, которые хорошо подходят для наилучшего применения.

В 1821 году Майкл Фарадей сделал первый электродвигатель. Это работало, используя силу магнетизма.

Он создал простой электромагнит, взяв гвоздь и проволоку, обмотав около 100 петель проволоки вокруг гвоздя и подключив его к батарее. При этом у него был простой электромагнит с северным и южным полюсом. В середине ногтя он проделал отверстие и вставил в него шпиндель, чтобы ноготь мог вращаться.Затем он взял магнит в форме подковы и поместил проволочный гвоздь в середину.

Он подключил провод северного полюса к отрицательному полюсу аккумулятора и провод южного полюса к положительному полюсу. Основной закон магнетизма сказал ему, что произойдет: северный конец электромагнита оттолкнет северный конец подковообразного магнита и привлечет южный полюс. То же самое произошло на другой стороне ногтя, в результате чего ноготь повернулся.

Фарадей был недоволен результатом электромотора, потому что мотор вращался только один раз.Он изменил полярность батареи, и проволочный гвоздь снова повернулся только один раз. Если бы он каждый раз менял полярность, когда северный полюс обернутого проволокой гвоздя противоположен южному полюсу магнита в форме подковы, он получал результат, который искал. Обернутый проволокой гвоздь будет поворачиваться и поворачиваться вокруг шпинделя (пока батарея не разряжена).

,

Как работают электродвигатели?

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 14 мая 2019 года.

Щёлкните по переключателю и получите мгновенную власть — как любили бы наши предки электродвигатели! Вы можете найти их во всем, от электропоезда с дистанционным управлением автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы есть в комнате с тобой прямо сейчас? Есть, вероятно, два в твоем компьютере для начала, крутишь ездить и еще один привод вентилятора охлаждения.Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многие игрушки; в ванной они оснащены вытяжными вентиляторами и электробритвами; на кухне моторы есть практически в каждом приборе, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя как одни из изобретения всех времен. Давайте разберем некоторых и выясним, как они работай!

Фото: даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они заполнены плотно намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Медная вещь к Передняя часть оси с прорезями в ней является коммутатором, который удерживает двигатель вращается в том же направлении (как описано ниже).

Электричество, магнетизм и движение

Основная идея электродвигателя очень проста: вы включаете в него электричество с одной стороны и ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то.Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, мы имеем вернуться в прошлое почти на 200 лет.

Предположим, вы берете длину обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной, постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод прыгнет вкратце. Удивительно, когда вы видите это в первый раз. Это как волшебство! Но есть совершенно научный объяснение.Когда электрический ток начинает ползти по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если вы поместите провод возле постоянного магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным магнитное поле. Вы узнаете, что два магнита расположены рядом друг с другом либо привлекать, либо отталкивать. Точно так же временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку прыгать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (помощь памяти), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда Мотор называется правилом).

Протяните большой, первый и второй пальцы левой руки рука, так что все три под прямым углом. Если вы указываете пальцем Секонд в направлении течения (который течет от положительного к отрицательная клемма аккумулятора), и первый палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), твоя чёрт будет показать направление, в котором провод Ходы.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond finger = Текущий
• ThuMb = движение

Быстрое слово о текущем

Если я вас смущаю, говоря, что ток течет от положительного к отрицательному, это просто случается историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, который помог выяснить тайна электричества еще в 18 веке, полагал, что это был поток положительных зарядов, так что оно перешло от положительного к отрицательному. Мы называем эту идею обычным током и до сих пор его используют в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов, от отрицательного к положительному, в направлении , противоположном направлению к обычному току.Когда вы пытаетесь выяснить вращение двигателя или генератора, Обязательно помните, что ток означает условный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: электрика ремонтирует электродвигатель на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением была изначально обнаружен в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это основная наука об электромоторе.Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практичное немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны сделать это немного дальше. Изобретателями, которые это сделали, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867) и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878). Вот как они достиг их блестящего изобретения.

Предположим, что мы сгибаем наш провод в квадратную U-образную петлю, так что есть фактически два параллельных провода, проходящие через магнитное поле.Один из них отнимает у нас электрический ток через провод, а другой один возвращает ток снова. Потому что ток течет в В противоположных направлениях в проводах левое правило Флеминга говорит нам два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов будет двигаться вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка проволоки могла продолжать движение вот так, она бы вращалась постоянно — и мы были бы на пути к созданию электрического двигатель.Но это не может произойти с нашей нынешней установкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко достаточно, что-то еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, оно перевернется, поэтому электрический ток течь через него в обратном направлении. Теперь силы на каждом сторона катушки будет обратная. Вместо того, чтобы постоянно вращаться в в том же направлении, он будет двигаться в том направлении, в котором он только что пришел! Представьте себе электричку с таким мотором: перетасовывать назад и вперед на месте, даже не собираясь везде.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа преодолеть эту проблему. Одним из них является использование своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, которое известно в качестве переменного тока (переменного тока). В виде маленьких, с батарейным питанием моторы, которые мы используем по дому, лучшее решение — добавить компонент называется коммутатором к концы катушки. (Не беспокойтесь о бессмысленных технических Название: это слегка старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «коммутировать».Это просто означает, чтобы измениться вперед и назад в том же путь, которым добираются, означает путешествовать назад и вперед.) В его самой простой форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его работа заключается в том, чтобы инвертировать электрический ток в катушке каждый раз, когда Катушка вращается через пол оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от батареи подключается к электрическим клеммам двигателя. Они подают электроэнергию в коммутатор через пару свободных разъемы, называемые кистями, сделали либо из кусочков графита (мягкий карбон, похожий на карандаш «свинец») или тонкие отрезки пружинящего металла, который (как название подсказывает) «кисть» против коммутатора.С коммутатор, когда электричество течет по цепи, Катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Работа: упрощенная схема деталей в электрическом двигатель. Мультработа: как это работает на практике. Обратите внимание, как коммутатор меняет ток каждый раз, когда катушка поворачивается наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкает в том же направлении, что удерживает катушку, вращающуюся по часовой стрелке.

Простой экспериментальный двигатель, подобный этому, не способен большая силаМы можем увеличить поворотную силу (или крутящий момент) что Мотор можно создать тремя способами: либо мы можем иметь больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток течет через провод, или мы можем сделать катушку, чтобы она имела много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки. На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглая форма, так что он почти касается катушки проволоки, которая вращается внутри него. Чем ближе магнит и катушка, тем больше сила, которую может создать мотор.

Несмотря на то, что мы описали несколько различных частей, вы можете представить себе, что двигатель состоит из двух основных компонентов:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому он называется статором двигателя.
• Внутри статора есть катушка, установленная на оси, которая вращается с большой скоростью — и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные моторы

Подобные двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модельные поезда, радиоуправляемые вагоны или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах.Небольшие бытовые приборы (такие как кофемолки или электрические блендеры), как правило, используют так называемые универсальные двигатели , которые могут работать от переменного или постоянного тока. В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы вводите:

• При подаче постоянного тока электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении.Коммутатор меняет ток катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в обычном двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , и , инвертируются точно в шаге, поэтому сила на катушке всегда одинакова, и двигатель всегда вращается либо по часовой стрелке или против часовой стрелки. А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда находятся в шаге, фактически не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: как работает универсальный двигатель: источник питания питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При использовании источника переменного тока магнитное поле и ток катушки меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположный. Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​одинаково.

Фото: внутри типичного универсального мотора: основные части внутри мотора среднего размера от кофемолки, которая может работать от постоянного или переменного тока.Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), который питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание также на щели в коммутаторе и угольные щетки, толкающие его, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения, а не постоянного тока низкого напряжения или бытового переменного тока умеренно низкого напряжения. который питает универсальные двигатели.

Другие виды электродвигателей

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, соединенную с источником электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают несколько иначе: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, создавая вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это крутиться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его, чтобы статор был эффективно разложен на длинной непрерывной гусенице, ротор мог катиться вдоль него по прямой линии. Этот оригинальный дизайн известен как линейный двигатель, и вы найдете его в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев».

Другой интересный дизайн — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются друг от друга, при этом в центре статично размещаются несколько железных катушек, вокруг них вращается постоянный магнит, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье на моторы эпицентра деятельности. Шаговые двигатели, которые поворачиваются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

,