Каковы основные типы электродвигателей. Как устроен электродвигатель. Какой принцип работы электродвигателя. Каковы основные параметры электродвигателей. Кто является ведущими производителями электродвигателей.
Основные типы электродвигателей
Электродвигатели можно классифицировать по нескольким основным признакам:
- По роду тока:
- Двигатели постоянного тока
- Двигатели переменного тока
- По числу фаз:
- Однофазные
- Двухфазные
- Трехфазные
- По принципу действия:
- Синхронные
- Асинхронные
Наиболее распространенными являются асинхронные трехфазные двигатели переменного тока. Они отличаются простотой конструкции, надежностью и низкой стоимостью.
Устройство электродвигателя
Основными конструктивными элементами электродвигателя являются:
- Статор — неподвижная часть
- Ротор — вращающаяся часть
- Вал
- Корпус
Статор представляет собой полый цилиндр, собранный из тонких стальных пластин. На внутренней поверхности статора располагаются пазы, в которые укладывается обмотка статора.
Ротор состоит из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой в виде «беличьей клетки». У двигателей с фазным ротором на роторе располагается трехфазная обмотка, соединенная с контактными кольцами.
Принцип работы электродвигателя
Принцип работы электродвигателя основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора. При подаче переменного тока на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует токи в обмотке ротора. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора создает вращающий момент, приводящий ротор в движение.
Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора. Эта разница называется скольжением. Именно поэтому такие двигатели называются асинхронными.
Основные параметры электродвигателей
К ключевым параметрам электродвигателей относятся:
- Номинальная мощность
- Номинальное напряжение
- Номинальный ток
- Частота вращения
- КПД
- Коэффициент мощности
- Момент инерции ротора
Номинальная мощность — это полезная механическая мощность на валу двигателя при номинальной нагрузке. Измеряется обычно в киловаттах (кВт).
Номинальное напряжение — напряжение, на которое рассчитан двигатель. Для трехфазных двигателей указывается линейное напряжение.
Частота вращения измеряется в оборотах в минуту (об/мин). Для асинхронных двигателей она всегда меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора.
Ведущие производители электродвигателей
Крупнейшими мировыми производителями электродвигателей являются:
- ABB (Швейцария-Швеция)
- Siemens (Германия)
- WEG (Бразилия)
- Nidec (Япония)
- Regal Beloit (США)
В России ведущими производителями электродвигателей считаются:
- Концерн «РУСЭЛПРОМ»
- «Электротяжмаш-Привод»
- «Сибэлектромотор»
- «ELDIN»
При выборе производителя следует учитывать репутацию бренда, качество продукции, технологии производства, сервисную поддержку и другие факторы.
Применение электродвигателей в промышленности
Электродвигатели находят широчайшее применение в различных отраслях промышленности:
- Металлургия — прокатные станы, подъемно-транспортное оборудование
- Машиностроение — станки, роботы, конвейеры
- Нефтегазовая отрасль — насосы, компрессоры
- Энергетика — вентиляторы, дымососы
- Горнодобывающая промышленность — конвейеры, дробилки
В промышленности чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором мощностью от единиц до тысяч киловатт. Они отличаются простотой конструкции, надежностью и невысокой стоимостью.
Регулирование скорости вращения электродвигателей
Существует несколько основных способов регулирования скорости вращения электродвигателей:
- Изменение частоты питающего напряжения с помощью преобразователя частоты
- Изменение числа пар полюсов обмотки статора
- Изменение величины питающего напряжения
- Введение добавочного сопротивления в цепь ротора (для двигателей с фазным ротором)
Наиболее эффективным и распространенным в настоящее время является частотное регулирование с помощью преобразователей частоты. Оно позволяет плавно и в широком диапазоне регулировать скорость вращения двигателя.
Энергоэффективность электродвигателей
Повышение энергоэффективности электродвигателей — одна из важнейших задач современного электромашиностроения. Основные пути повышения КПД двигателей:
- Оптимизация геометрии активной части
- Использование медных роторов вместо алюминиевых
- Снижение механических потерь
- Улучшение системы охлаждения
Современные энергоэффективные двигатели позволяют существенно снизить потребление электроэнергии и эксплуатационные расходы. Их применение особенно целесообразно для оборудования, работающего с высокой загрузкой.
Асинхронный двигатель | Строение и принцип работы асинхронного электродвигателя
Электрическими двигателями называют механизмы, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическое движение. Электромоторы сопровождают человека практически во всех сферах его деятельности. Без них невозможно представить современную жизнь. Несмотря на надежность и долговечность, все же случаются поломки и сбои в работе таких устройств. Знание характеристик, особенностей поможет правильно выбирать, обслуживать и при необходимости ремонтировать асинхронные двигатели.
В асинхронных двигателях переменного тока (АД) частота вращения ротора не синхронизирована с частотой магнитного поля, индуцируемого током обмотки статора. От этого принципа произошло определение этой группы электромашин. В синхронных электрических машинах частоты совпадают.
В настоящее время разработано и применяется множество различных разновидностей АД, которые различаются конструктивно и по характеристикам.
Бывают однофазные, двухфазные, трехфазные, многофазные конструкции, которые работают от сети переменного тока. Различается количество полюсов. Применяются модификации с постоянной и переменной частотой тока, последние называются инверторными. По типу ротора различают 2 вида: фазные электродвигатели и с короткозамкнутым ротором. Асинхронные электрические моторы выгодно отличаются от других преобразователей энергии компактностью, долговечностью высоким КПД.
АД распространены очень широко, и являются самым популярным типом электромашин. Асинхронные электродвигатели используют в компрессорах, системах водоснабжения, отопления, кондиционирования, автомобилестроении. Особенно востребованы такие устройства в областях, где требуется точно выдерживать скорость вращения вала, например при производстве полимеров, стеклотканей, проволоки.
Относительно маломощные однофазные агрегаты работают в вентиляторах, маломощной бытовой технике. Более производительные двухфазные агрегаты популярнее, их применяют в приводах стиральных машин, холодильников, иных приборов.
Значительно шире используются трехфазные асинхронные электромашины, в первую очередь в промышленности. Ими оснащают электроприводы станков, подъемных кранов, лифтов, многого другого. Этому способствуют надежность и экономичность электродвигателей.
Как устроен АД
Асинхронный электродвигатель состоит из двух основных узлов: неподвижного статора и вращающегося вокруг своей оси ротора. Статор представляет собой стандартную конструкцию, где сердечник выполнен как полый цилиндр, изготовленный из стальных пластин, изолированных друг от друга. В расположенных на внутренней окружности открытых пазах уложена первичная обмотка, на которую подается напряжение электрической сети.
Внутри статора расположен ротор, опирающийся на вал через подшипники. Сами подшипники с обеих сторон закрыты фиксирующими их крышками. Весь агрегат помещается в металлический корпус. У асинхронных двигателей средней и высокой мощности для более эффективного охлаждения в корпусе предусмотрены ребра, а также вентилятор на валу.
Предусмотрена клеммная коробка, куда выводятся концы обмоток.
Ротор может быть двух типов: короткозамкнутым и фазным. Конструктивно они различаются, соответственно асинхронные двигатели принадлежат к одной из двух групп по типу ротора.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Конструкция такого ротора предельно проста. Сердечник выполнен из штампованных листов, а роль вторичной обмотки играет набор параллельных друг другу металлических стержней, торцы которых замкнуты между собой стальными кольцами. Механизм напоминает беличье колесо.
Обмотки статора расположены под углом 120°. Если подать на них переменное напряжение со сдвигом 120°, внутри возникает вращающееся магнитное поле. Если поместить эту самую беличью клетку внутрь вращающегося поля, его силовые линии будут пересекать проводники ротора, и наводить в них электродвижущую силу, а соответственно появятся токи. В результате там создается собственное магнитное поле, которое будет взаимодействовать с вращающимся полем, входить с ним в «зацепление».
Это означает, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора.
Частота вращения ротора всегда меньше, чем частота поля статора. Если он «догонит» частоту статора, ЭДС наводиться не будет, вращающий момент станет равным нулю, и электродвигатель перестанет работать. В этом эффекте и кроется смысл асинхронности. Относительная величина отставания, выраженная в условных единицах, называется скольжением. Этот параметр зависит от характеристик ротора, в том числе его сопротивления.
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором не имеют подвижных контактов, их узлы проще, благодаря чему надежны и долговечны. Применяются в системах, не требующих регулировки скорости вращения, поскольку она затруднена, конструкция усложняется.
Асинхронный двигатель с фазным ротором
Фазный ротор по конструкции незначительно отличается от статора. Сердечник состоит из набора изолированных пластин, изготовленных из электростатической стали и закрепленных на вале.
Между пластинами предусмотрены пазы, ориентированные вдоль продольной оси. В них укладываются витки вторичной обмотки, ее называют фазной. Число фаз обмоток статора и ротора должно быть одинаковым. Электрические цепи ротора подключается тремя контактными кольцами, на которых закреплены концы обмотки. Фазы соединяются звездочкой или треугольником. В двухполюсном асинхронном двигателе оси обмоток смещены друг относительно друга на 120°.
Предусмотрена возможность подключения дополнительного внешнего сопротивления для улучшения пусковых характеристик. Обычно используется реостат со ступенчатой регулировкой. Двигатель в такой конфигурации набирает обороты тоже ступенчато. При достижении оптимальных оборотов реостат отключается путем закорачивания токосъемных колец.
Особенности разных типов роторов
Электродвигатели с короткозамкнутыми роторами характеризуются следующими достоинствами:
- постоянная скорость, которая не зависит от изменения нагрузки;
- устойчивость к кратковременным механическим перегрузкам;
- простой пуск и подключение.
Отмечают более высокий КПД и легкую автоматизацию. В то же время данный тип электрических моторов имеет и недостатки, основной из которых — сложная регулировка скорости. Поэтому такая конструкция применяется в системах с постоянной скоростью вращения электродвигателя. Помимо этого, недостатками считают большой ток и недостаточное усилие при пуске.
Электромоторы с фазным ротором уступают короткозамкнутым по потерям мощности из-за более сложной конструкции. Их применяют при необходимости регулировки скорости, уменьшении пускового тока и увеличении крутящего момента в момент старта.
Способы подключения
Запуск электромотора должен происходить с минимальным скачком тока в обмотках. Для этого применяется 5 основных способов подключения:
- непосредственный — питание подается прямо на контакты электродвигателя через контактор или пускатель, когда падение напряжения не критично;
- снижение напряжения в течение времени старта;
- схема соединения обмоток статора переключается на треугольник со звезды;
- плавный запуск;
- изменение частоты напряжения сети.
Для однофазных версий используют расщепление полюсов, конденсаторный или резисторный пуск. Трехфазные электродвигатели запускаются или напрямую, переключением на треугольник, или посредством преобразователя напряжения, будь то реостат, трансформатор. Применяют изменение числа пар полюсов.
Как обеспечивается регулировка скорости
Регулировать частоту вращения асинхронного двигателя не так просто. Существуют 3 возможности. Можно изменить:
- частоту питающей сети;
- число пар полюсов;
- величину скольжения.
Чтобы изменить число пар полюсов нужно специальным образом заложить обмотку статора. Дальнейшие действия заключаются в возможности переключаться на одну, две или три пары полюсов. Такое переключение будет ступенчатым. Соответственно, дискретно будет меняться и частота вращения ротора асинхронного двигателя. В многополюсных обмотках статора частота выше.
Второй способ — изменить скольжение. Его величина зависит, в том числе, и от сопротивления.
Для этого ротор оснащают обмотками и делают выводы через кольца. Появляется скользящий контакт, надежность уменьшается. Но помощью реостата или ступенчатого переключения можно вводить дополнительное сопротивление в ротор и плавно, либо дискретно, изменять величину скольжения. Посредством этого действия появляется возможность регулировать частоту вращения асинхронных двигателей.
Однако эти способы не очень экономичны или неудобны. С развитием силовой электроники появился третий, самый действенный способ — изменять частоту питающей сети, для чего служат частотные преобразователи. При плавном изменении частоты питающего тока можно получить непрерывный ряд частот магнитного поля статора асинхронного двигателя в определенном диапазоне, а значит так же плавно изменять скорость вращения вала. Силовая электроника дала АД новый толчок в развитии, их доля превышает 80% всех электродвигателей в мире.
Как обеспечивается высокий пусковой момент
Одним из достоинств асинхронного двигателя с фазным ротором является высокий пусковой момент, тогда как короткозамкнутые роторы такого преимущества не обеспечивают.
Об этом говорит его механическая характеристика. В момент пуска токи достигают 5 –7 значений номинальной величины, а произведение силы тока на магнитный поток и дает момент вращения.
Если представить, что ротор конструктивно устроен в виде двух беличьих колес разного диаметра, вставленных друг в друга, то в момент пуска первоначальный момент будет приложен к внешнему колесу большего диаметра. Происходит это из-за явления вытеснения тока на высокой частоте, он называется скин-эффект. При двыхполюсной катушке, частоте сети 50 Гц, магнитное поле ротора развивает угловую скорость 3 тыс. об/мин. Скин-слой при этом составляет 9 мм. В многополюсных машинах этот слой больше. Поэтому, при пуске ток вытесняется наружу, и за счет более длинного рычага возрастает момент. Когда электрическая машина набирает номинальные обороты и переходит в двигательный режим, скин-эффект нивелируется. С ростом частоты вращения ротора падает частота индукции в обмотке. Тогда ток идет уже по внутренней части. По этому принципу и обеспечивается высокая тяга на пуске.
В реальной практике в асинхронных двигателях с повышенным пусковым моментом скин-эффект обеспечивается за счет формирования глубокого паза в фазном роторе. Ток распределяется в разные моменты времени по глубине паза в разных областях. При пуске ток концентрируются во внешней части, потом когда двигатель раскручивается, скин-эффект исчезает. Ток перераспределяется в глубину паза, рабочий вращающий момент становится меньше. Это означает, что в устоявшемся двигательном режиме АД значительно экономичнее, частые старты повышают затраты.
Асинхронный преобразователь энергии как генератор
Генераторы предназначены для преобразования механической энергии вращения в электроэнергию. Если вращать ротор асинхронного двигателя и достигнуть частоты вращения поля статора, ток перестанет наводиться, и вращающий момент не будет создаваться. Если приложить внешнюю силу и продолжить вращать этот ротор по направлению поля с еще более высокой частотой вращения, в роторе начнет вновь начнет наводиться ЭДС, но противоположного направления.
Электрический ток будет идти в другую сторону, не как в двигательном режиме. Эти токи будут наводить противоЭДС в обмотке статора. В ней будет создаваться ток. Такая конструкция является асинхронным генератором.
Если асинхронный двигатель включить в сеть, а потом начать вращать его ротор быстрее, чем частота поля статора в том же направлении, то возникнет генерация в сеть. При этом асинхронный двигатель будет потреблять из сети реактивную энергию для создания магнитного поля, а выдавать активную энергию. Пример — знаменитые электромобили «Tesla» первого поколения. Их оснащали современным инновационным асинхронным преобразователем энергии. Он работал как в режиме двигателя на разгоне, так и в режиме генератора при рекуперативном торможении, когда электроэнергия через инвертор поступает на зарядку батареи.
Асинхронные генераторы принадлежат к группе приборов, вырабатывающих переменный ток разной частоты. В схему включают инвертор, где ток преобразуется в постоянный. Затем снова в переменный, но уже с точно заданной частотой сети — 50 герц.
Преимущества и недостатки асинхронных двигателей
АД, благодаря своим качествам, снискали высокую популярность. К несомненным преимуществам таких устройств относят:
- простую и отработанную конструкцию;
- низкие затраты в эксплуатации: себестоимость единицы мощности в асинхронных двигателях самая низкая;
- надежность, простоту обслуживания, чему способствует отсутствие щеток
- невысокую стоимость.
Благодаря сдвигу фаз не требуются дополнительные устройства и преобразователи для формирования крутящего момента. Не последнюю роль играют малые потери. КПД при работе с максимальной нагрузкой может достигать 97 % благодаря минимальному количеству узлов.
Как и всем устройствам, асинхронным преобразователям присущи недостатки. Среди них:
- затрудненное регулирование скорости вращения вала, узкий диапазон изменения.
- высокие токи при пуске, что может привести к скачкам напряжения в сети.
- инерционность ротора в момент старта: асинхронный двигатель может не запуститься, если приводит массивный агрегат.
- зависимость от параметров сети.
Современные механические и электротехнические конструктивные решения почти полностью нивелируют эти недостатки.
И все же, несмотря на все достоинства, ресурс асинхронных электрических моторов не вечен. Бывают проскальзывания ротора относительно вала, замыкания обмоток, обрывы, повреждения корпуса, износ подшипников, другие неисправности. Все это проявляет себя падением мощности, посторонними звуками и запахами, а то и полным отказом. Приобретать новый агрегат бывает накладно, да и не всегда имеет смысл. В подавляющем большинстве случаев рациональнее устранить неисправность и продолжить эксплуатацию электрического двигателя.
Ремонтом электромоторов любого типа и мощности в Санкт- Петербурге занимается компания «Хельд Вэй». Оперативно и качественно выполняются все работы по восстановлению работоспособности электромоторов независимо от сложности. Каждая отремонтированная электрическая машина проходит испытания, чтобы убедиться в соответствии параметров требованиям к новому агрегату.
На работу предоставляются скидки, гарантии. Текущий ремонт возможен по месту эксплуатации, с выездом мастеров. Капитальный и ремонт средней степени производятся на территории предприятия. Имеются запчасти и комплектующие.
Звоните, обращайтесь.
С чего состоит электродвигатель. Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов
Сегодняшняя тема — обзор различных электродвигателей. Электродвигатели нашли широчайшее применение в науке и технике. Жизнь человека трудно представить без машин и механизмов на основе электрических двигателей. Они применяются повсюду — в заводах, в автомобильной технике, в бытовой аппаратуре, в медицинской технике, одним словом — везде! Электрический двигатель — это своего рода преобразователь, который превращает электрическую энергию в механическую энергию вращения вала двигателя.
Электродвигатель состоит из двух основных частей — неподвижной части (статор) и вращающая часть (ротор). Двигатели разделяются на две основные группы — двигатели постоянного тока и переменного тока.
Основные части простого электродвигателя постоянного тока — неподвижная часть (статор) постоянные магниты, в центре на валу собран ротор, который состоит из стальных пластин, а на них намотана обмотка. Ротор еще и называют якорем электродвигателя.
Питание подается через контакты (щетки) на обмотку. В результате этого якорь превращается в электромагнит, в результате магнитного воздействия, ротор пытается из магнитного поля, а убежать ему некуда, и ротор начинает вращаться с большей скоростью, иногда число оборотов ротора за одну минуту превышает 10000! На роторе обычно мотают несколько обмоток, для эффективной работы и повышения мощности двигателя. Ниже показана схема двигателя в электродрели.
Двигатели которые работают под определенной частотой тока, то есть питание двигателей осуществляется переменным током, работают в основном на сетевой частоте 50-60 герц. Двигатели переменного тока делятся на две группы — синхронные и асинхронные двигатели. В основном они пускаются вручную или имеют пусковую обмотку.
Двухфазовые или конденсаторные двигатели — это электродвигатели которые имеют конечное число положения ротора. Заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующей обмотке. Переход в другое состояние осуществляется путем снятия напряжения с одной обмотки и передачи ее на другой, так напряжение проходит по всем обмоткам, каждая в свою очередь превращается в электромагнит.
Синхронный — это разновидность двигателей переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Асинхронный электродвигатель — это двигатель переменного тока в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля создавая ему питающее напряжение.
В технике в основном используют двигатели переменного тока, там не используются постоянные магниты, которые расчитаны на стабильную мощность, для повышенной мощности используют электромагнит, мощность которого во много раз повышает мощность постоянного магнита, хотя для питания электромагнитной обмотки нужно на нее подать добавочное напряжение.
Вот в кратце вся основная информация, на сегодня достаточно, автор — АКА.
Здравствуйте, дорогие читатели. В этой статье мы вам расскажем, про электродвигатель, про его устройство и принцип действия. И так, электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции. Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.
Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока
В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.
В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя. К нему подключены концы обмотки якоря.
Электродвигатель постоянного тока
Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами. Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.
Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.
В двигателях большой мощности физически существующих магнитов не используют из-за их большого веса. Для создания постоянного магнитного поля статора используется несколько металлических стержней, каждый из которых имеет собственную обмотку из проводника, подключенного к плюсовой или минусовой питающей шине. Одноименные полюса включаются последовательно друг другу.
Количество пар полюсов на корпусе двигателя может быть равно одной или четырем. Число токосъемных щеток на коллекторе якоря должно ему соответствовать.
Электродвигатель большой мощности имеют ряд конструктивных хитростей. Например, после запуска двигателя и с изменением нагрузки на него, узел токосъемных щеток сдвигается на определенный угол против вращения вала. Так компенсируется эффект «реакции якоря», ведущий к торможению вала и снижению эффективности электрической машины.
Также существует три схемы подключения двигателя постоянного тока:
Параллельное возбуждение – это когда параллельно обмотке якоря включается еще одна независимая, обычно регулируемая (реостат).
Такой способ подключения позволяет очень плавно регулировать скорость вращения и достигать ее максимальной стабильности. Его используют для питания электродвигателей станков и кранового оборудования.
Последовательная – в цепь питания якоря дополнительная обмотка включена последовательно. Такой тип подключения используется для того, чтобы в нужный момент резко нарастить вращающее усилие двигателя. Например, при трогании с места железнодорожных составов.
Двигатели постоянного тока имеют возможность плавной регулировки частоты вращения, поэтому их применяют в качестве тяговых на электротранспорте и грузоподъемном оборудовании.
Двигатели переменного тока — в чем отличие?
Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока для создания крутящего момента предусматривают использование вращающегося магнитного поля. Их изобретателем считается русский инженер М.О. Доливо-Добровольский, создавший в 1890 году первый промышленный образец двигателя и являющийся основоположником теории и техники трехфазного переменного тока.
Вращающееся магнитное поле возникает в трех обмотках статора двигателя сразу, как только они подключаются к цепи питающего напряжения. Ротор такого электромотора в традиционном исполнении не имеет никаких обмоток и представляет собой, грубо говоря, кусок железа, чем-то напоминающий беличье колесо.
Магнитное поле статора провоцирует возникновение в роторе тока, причем очень большого, ведь это короткозамкнутая конструкция. Этот ток вызывает возникновение собственного поля якоря, которое «сцепляется» с вихревым магнитным потом статора и заставляет вращаться вал двигателя в том же направлении.
Магнитное поле якоря имеет ту же скорость, что и статора, но отстает от него по фазе примерно на 8–100. Именно поэтому двигатели переменного тока называются асинхронными.
Принцип действия электродвигателя переменного тока с традиционным, короткозамкнутым ротором, имеет очень большие пусковые токи. Вероятно, многие из вас это замечали – при пуске двигателей лампы накаливания меняют яркость свечения.
Поэтому в электрических машинах большой мощности применяется фазный ротор – на нем уложены три обмотки, соединенные «звездой».
Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.
Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи
Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.
Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого используется конденсатор.
Запитать от бытовой розетки можно и промышленный трехфазный двигатель. Для этого в его клеммной коробке две обмотки соединяются в одну, и в эту цепь включается конденсатор. Исходя из принципа работы асинхронных электродвигателей, запитанных от однофазной цепи, следует указать, что они имеют меньший КПД и очень чувствительны к перегрузкам.
Электродвигатель этого типа легко запускается, но частоту его вращения практически невозможно регулировать.
Они чувствительны к перепадам напряжения, а при «недогрузе» снижают коэффициент полезного действия, становясь источником непропорционально больших затрат электроэнергии. При этом существуют методы использования асинхронного двигателя как генератора.
Универсальные коллекторные двигатели — принцип работы и характеристики
В бытовых электроинструментах малой мощности, от которых требуются малые пусковые токи, большой вращающий момент, высокая частота вращения и возможность ее плавной регулировки, используются так называемые универсальные коллекторные двигатели.
По своей конструкции они аналогичны двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением.
В таких двигателях магнитное поле статора создается за счет питающего напряжения. Только немного изменена конструкция магнитопроводов – она не литая, а наборная, что позволяет уменьшать перемагничивание и нагрев токами Фуко. Последовательно включенная в цепь якоря индуктивность дает возможность менять направление магнитного поля статора и якоря в одном направлении и в той же фазе.
Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.
Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый трансформатор, то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.
Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент.
Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.Электродвигатель имеет самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.
Из названия следует, что особенностью данного рода электрических двигателей (ЭД) является то, что они работают на переменном токе. Если при постоянном токе электрические частицы следуют только в одном направлении, и могут в определенный момент времени менять свою интенсивность (разность потенциалов или напряжение), то у переменного тока имеются другие характеристики — такие как частота, форма и длительность. Что повлияло на конструкцию и принцип действия электродвигателей переменного тока.
В статье разберём основные аспекты работы ЭД переменного тока.
Электродвигатели переменного тока это электротехнические устройства, являющиеся своеобразными преобразователями электрической энергии, в основе принципа которых которых лежат электромагнитные силы Лоренца и , работающие на переменном токе. ЭД и генераторы переменного тока по принципу действия классифицируют на синхронные и асинхронные. Что бы было понятно дальнейшее объяснение хочу поведать о следующем.
Главной отличительной чертой электрических машин переменного тока является то, что электрическую энергию преобразуют в механическую или наоборот, с помощью взаимодействие магнитных полей, одно из них является вращающимся, динамическим (генерируемое при движении переменного тока, а другое поле в статическое, постоянное. Поэтому, для получения движения ротора движущееся поле должно взаимодействовать с постоянным, что и создает механическое движение вала ЭД.
Общий принцип действия асинхронной электрической машины состоит в следующем.
На статоре ЭД намотаны три обмотки, к которым подсоединены три фазы. Из курса электротехники мы знаем, что трехфазный ток это циклическое изменение величины тока и напряжения плавно перетекающее по синусойде. То есть, максимум мощности плавно перетекает из одной точки, обмотки в другую, понятно что, при этом, на противоположной стороне синусойды будет минимум мощности. Так вот при подачи трехфазного напряжения на обмотки статора асинхронного ЭД мы имеем в результате вращающееся магнитное поле, частота которого равна частоте питающей сети, в России это 50 Гц.
Из курса физики и общей электротехники мы знаем, что при движении проводника в переменное магнитное поле на его концах генерируется разность потенциалов, а если его концы подсоединить к какой нибудь цепи, то через нее, потечет ток, образующий вокруг себя свое собственное магнитное поле. Вот этот принцип работы и лежит в асинхронных электрических машинах. Внутри нее расположен короткозамкнутый ротор. Во вращающемся магнитном поле на нем появляется ЭДС и у него создается собственное магнитное поле, что и отталкивается от поля статора.
Работа асинхронного двигателя основана на принципах физического взаимодействия магнитного поля, появляющегося в статоре, с током, который это же поле генерирует в роторной обмотке.
У синхронных ЭД подобного отставания нет. Там поле индуктора как бы цепляется за вращающееся поле якоря, что и ведет к синхронной работе обоих магнитных полей. Если в асинхронниках статическое поле является следствием работы динамического, то в синхронниках в определённом смысле причины появления вращающегося полями и поля статического независимы друг от друга, но их взаимодействие и позволяет осуществлять работу ЭД переменного тока.
Синхронный двигатель – это разновидность электродвигателей, только работающих от переменного напряжения, при этом частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля. Именно поэтому она остается постоянной вне зависимости от нагрузки, т.к ротор синхронного двигателя – это обычный электромагнит и его, количество пар полюсов совпадает с числом пар полюсов у вращающегося магнитного поля.
Поэтому взаимодействие этих полюсов обеспечивает постоянство угловой скорости, с которой крутится ротор.
Электродвигатель — Tutormate
04 Магнитный
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Двигатель представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Например, у миксера есть вращающиеся лопасти, которые разминают и перемешивают продукты. Подводимая к смесителю электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения лопастей, и таким образом достигается желаемое действие.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
- Принцип работы двигателя основан на том, что когда прямоугольную катушку помещают в магнитное поле и через нее пропускают ток, на катушку действует сила, которая непрерывно вращает ее.
- Рассмотрим полюса двух стержневых магнитов, обращенных друг к другу, с небольшим выступом между ними. Небольшой отрезок токопроводящего провода выполнен в виде петли и удерживается в пространстве между магнитами таким образом, что находится в магнитном поле, создаваемом магнитами. Если концы петли подключить к клеммам аккумулятора, петля начинает вращаться. Это связано с тем, что магнитное поле магнита мешает электрическому току, протекающему по проводнику. Из-за магнитных полюсов, индуцированных в петле, индуцированный Южный полюс притягивается к северному полюсу и наоборот. Когда направление тока в петле меняется на противоположное, индуцированный южный полюс становится северным полюсом и притягивается к южному полюсу магнита. Это заставляет петлю постоянно вращаться.
ЧАСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
- Двигатель работает по принципу, когда прямоугольную катушку помещают в магнитное поле и через нее пропускают ток, на катушку действует сила, которая непрерывно вращает ее.
- Рассмотрим полюса двух стержневых магнитов, обращенных друг к другу, с небольшим выступом между ними. Небольшой отрезок токопроводящего провода выполнен в виде петли и удерживается в пространстве между магнитами таким образом, что находится в магнитном поле, создаваемом магнитами. Если концы петли подключить к клеммам аккумулятора, петля начинает вращаться. Это связано с тем, что магнитное поле магнита мешает электрическому току, протекающему по проводнику. Из-за магнитных полюсов, индуцированных в петле, индуцированный Южный полюс притягивается к северному полюсу и наоборот. Когда направление тока в петле меняется на противоположное, индуцированный южный полюс становится северным полюсом и притягивается к южному полюсу магнита. Это заставляет петлю постоянно вращаться.
КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
- Электродвигатель состоит из прямоугольной катушки ABCD из изолированного медного провода.
- Катушку помещают между двумя полюсами магнитного поля так, чтобы плечи AB и CD были перпендикулярны направлению магнитного поля.
- Катушка устанавливается между изогнутыми полюсами подковообразного постоянного магнита М таким образом, что она может свободно вращаться между полюсами N и S на валу.
- Устройство, изменяющее направление тока в цепи, называется коммутатором (или разъемным кольцом).
- Два конца катушки припаяны (или приварены) к двум полукольцам X и Y коллектора.
- Функция угольных щеток заключается в том, чтобы контактировать с вращающимися кольцами коллектора и через них подавать ток на катушку.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ:
- Ток в катушке ABCD поступает от источника батареи через проводящую щетку X и возвращается к батарее через щетку Y.
- Катушка и ось О, свободно вращающиеся вокруг оси, вращаются против часовой стрелки.
- Сила, действующая на плечо AB, толкает его вниз, а сила, действующая на плечо CD, толкает его вверх.
- Таким образом, катушка и ось О, свободно вращающиеся вокруг оси, вращаются против часовой стрелки.
- При половинном обороте Q соприкасается со щеткой X, а P со щеткой Y.
- Поэтому ток в катушке меняется на противоположный и течет по пути DCBA.
- Изменение направления тока также меняет направление силы, действующей на два плеча AB и CD. Таким образом, плечо AB катушки, которое ранее было опущено, теперь поднимается вверх, а плечо CD, ранее поднятое вверх, теперь опускается. Поэтому катушка и ось поворачиваются еще на пол-оборота в одном и том же направлении. Изменение направления тока повторяется при каждом полуобороте, что приводит к непрерывному вращению катушки и оси.
КОНСТРУКЦИЯ ГРУЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В коммерческих двигателях:
(a) Катушка намотана на сердечник из мягкого железа. Сердечник из мягкого железа намагничивается и увеличивает силу магнитного поля. Это делает мотор более мощным. Сборка сердечника из мягкого железа и катушки называется якорем.
(b) Катушка содержит большое количество витков изолированного медного провода.
(c) Вместо постоянного магнита используется мощный электромагнит.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Электродвигатели используются в различных областях. Некоторые из них перечислены ниже
- Сверла
- Водяные насосы
- Жесткие диски
- Стиральные машины
- Промышленное оборудование
Эффективность работающего двигателя примерно равна оставшейся энергии, которая рассеивается в виде шума и тепла.
Начни свое обучение!
Получить SMS-ссылку для загрузки приложения
19.3: Электродвигатель — K12 LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 2910
3.1Поскольку цены на газ продолжают расти, электромобили и гибриды становятся все более популярными. Эти автомобили, безусловно, часть нашего будущего. Слева на изображении выше — полностью электрический автомобиль, а справа — гибридный автомобиль, который частично использует газ и электричество.
Электродвигатели
В предыдущей концепции мы описали и рассчитали силу, с которой магнитное поле действует на провод с током. Поскольку вы знакомы с третьим законом движения Ньютона, вы знаете, что если магнитное поле действует на проводник с током, то проводник с током также воздействует на магнитное поле с силой равной величины и в противоположном направлении.
Рисунок 19.3.2 На приведенном выше рисунке цепь подключена к батарее, причем одна часть цепи находится внутри магнитного поля. Когда ток проходит через цепь, магнитное поле будет воздействовать на провод силой, заставляя провод двигаться. Если мы решим рассматривать электронный ток в этом случае, электроны текут от задней части эскиза к передней, в то время как магнитное поле направлено вверх.
Используя для этого правило левой руки, мы находим, что сила на проволоке находится справа от страницы. Если бы мы решили рассматривать ток как обычный ток, то ток протекал бы от передней части эскиза к задней, и мы использовали бы правило правой руки. Сила на проводе снова будет направлена вправо. Это движение используется в
Электрические двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Двигатель состоит из электрической цепи с частью проводов внутри магнитного поля. Это можно увидеть ниже. Положительные заряды движутся по цепи в направлении светло-фиолетовых стрелок. Когда заряды движутся вверх по части катушки, которая находится рядом с северным полюсом, правило правой руки говорит нам, что на провод действует сила F , толкающая провод в направлении синей стрелки, к оборотная сторона эскиза. На другой стороне катушки, где заряды движутся вниз через поле, правило правой руки показывает, что сила будет толкать эту сторону катушки вперед. Эти две силы действуют вместе, вращая катушку в направлении круговой красной стрелки.
Там, где вращающаяся катушка (обозначена серым цветом) встречается с проводами, подключенными к источнику питания (черные), мы находим коммутатор с разъемным кольцом. Катушка крутится, а коммутатор и источник питания нет. Когда катушка поворачивается, она отходит от разъема синей коробки и, продолжая вращаться, соединяется с другим разъемом синей коробки. Когда катушка поворачивается, она меняет местами соединения с внешней цепью. Следовательно, внутри катушки ток всегда течет в одном и том же направлении, потому что левая сторона катушки всегда присоединена к левой стороне внешней цепи. Это позволяет катушке или 9Арматура 0132, , чтобы все время продолжать вращение в одном направлении.
В электродвигателях эти катушки часто состоят не из одного, а из множества проводов, как показано здесь:
мотор. Экспериментируя с симуляцией, вы можете управлять размером двигателя, силой входного тока, силой магнитного поля и количеством витков в проводе:Интерактивный элемент
Резюме
- Когда ток проходит через цепь, на провод действует сила.
- Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую.
- Коммутатор с разъемным кольцом удерживает ток в катушке в одном и том же направлении, даже если катушка меняет сторону каждые пол-оборота.
Обзор
1. В какую сторону будет толкаться провод, когда по проводу проходит ток?
- до
- вниз
- осталось
- справа
- Ничего из этого.
2. В какую сторону будет вращаться катушка, когда по проводу проходит ток?
- по часовой стрелке
- против часовой стрелки
Узнать больше
Используйте этот ресурс, чтобы ответить на следующие вопросы.
- Кто первым построил электродвигатель?
- Батарея какого размера использовалась в видеодвигателе?
Дополнительные ресурсы
Учебное пособие: Учебное пособие по магнетизму
Применение в реальных условиях: Рельсовая пушка
Видео:
