В основе работы электродвигателя лежит. Электродвигатели: принцип работы, устройство и виды — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работают электродвигатели. Какие бывают типы электродвигателей. Из каких основных частей состоит электродвигатель. Где применяются электродвигатели в быту и промышленности.

Содержание

Что такое электродвигатель и как он работает

Электродвигатель — это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения. Принцип его работы основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора.

Основные части электродвигателя:

Статор — неподвижная часть с обмотками
Ротор — вращающаяся часть на валу
Коллектор — устройство для подачи тока на обмотки ротора
Щетки — обеспечивают контакт с коллектором

При подаче электрического тока на обмотки статора создается магнитное поле. Оно взаимодействует с магнитным полем ротора, заставляя его вращаться. Коллектор обеспечивает постоянное направление вращения.

Основные виды электродвигателей

По типу питающего тока электродвигатели делятся на:

Двигатели постоянного тока
Двигатели переменного тока (асинхронные, синхронные)
Универсальные (работают от постоянного и переменного тока)

По конструкции ротора различают:

Электродвигатели с якорной обмоткой
Электродвигатели с короткозамкнутым ротором
Электродвигатели с фазным ротором

Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока состоит из следующих основных частей:

Статор с постоянными магнитами или электромагнитами
Якорь (ротор) с обмоткой
Щеточно-коллекторный узел
Вал

Принцип работы:

На обмотку якоря подается постоянный ток
Вокруг проводников якоря создается магнитное поле
Оно взаимодействует с полем статора
Возникает вращающий момент, якорь начинает вращаться
Коллектор обеспечивает постоянное направление вращения

Асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели — самый распространенный вид электродвигателей. Их особенности:

Питаются от сети переменного тока
Частота вращения ротора отстает от частоты магнитного поля статора
Простая и надежная конструкция
Низкая стоимость
Широкий диапазон мощностей

Принцип работы асинхронного двигателя основан на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Оно наводит токи в роторе, заставляя его вращаться.

Применение электродвигателей

Электродвигатели нашли широчайшее применение в различных сферах:

В быту:

Бытовая техника (пылесосы, стиральные машины, холодильники)
Электроинструменты
Вентиляторы, насосы
Игрушки на батарейках

В промышленности:

Станки и производственные линии
Подъемно-транспортные механизмы
Насосы, компрессоры, вентиляторы
Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, электровозы)

Преимущества и недостатки электродвигателей

Основные достоинства электродвигателей:

Высокий КПД (до 95%)
Экологичность
Простота конструкции и обслуживания
Низкий уровень шума и вибраций
Возможность точного управления скоростью и моментом

Недостатки:

Зависимость от источника электроэнергии
Опасность поражения током
Чувствительность к перегрузкам
Искрение щеток в коллекторных двигателях

Как выбрать электродвигатель

При выборе электродвигателя следует учитывать следующие параметры:

Мощность
Напряжение питания
Частота вращения
Режим работы (продолжительный, повторно-кратковременный)
Условия эксплуатации (температура, влажность, запыленность)
Способ монтажа
Габариты и вес

Правильно подобранный электродвигатель обеспечит эффективную и надежную работу оборудования в течение длительного времени.

Обслуживание и ремонт электродвигателей

Для обеспечения длительной и бесперебойной работы электродвигателей требуется их регулярное обслуживание:

Очистка от пыли и грязи
Проверка состояния щеток и коллектора
Контроль температуры нагрева
Измерение сопротивления изоляции обмоток
Смазка подшипников

При выходе электродвигателя из строя может потребоваться его ремонт:

Замена подшипников
Перемотка обмоток
Замена щеток
Ремонт коллектора

Сложный ремонт электродвигателей лучше доверить специалистам в профессиональных мастерских.

Перспективы развития электродвигателей

Основные направления совершенствования электродвигателей:

Повышение КПД и снижение энергопотребления

Уменьшение массогабаритных показателей
Применение новых магнитных материалов
Разработка двигателей с постоянными магнитами
Создание высокоскоростных электродвигателей
Интеграция с электронными системами управления

Электродвигатели продолжают активно развиваться и находить новые области применения, в том числе в электромобилях, робототехнике, авиации и космонавтике.

Урок 36 (дополнительный материал). Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы

Принцип действия электродвигателя.

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

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

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

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

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

Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.

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

Устройство и принцип работы простейшего электродвигателя.

В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Один из первых двигателей, нашедших практическое применение, был двигатель Бориса Семеновича Якоби (1801 –1874), приводивший в движение катер с 12 пассажирами на борту. Однако для широкого использования электродвигателя необходим был источник дешевой электроэнергии — электромагнитный генератор.

Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором.

Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная — статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит — статором.

Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.

Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.

Простейший электродвигатель

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

В некоторых двигателях для создания магнитного поля вместо постоянного магнита служит электромагнит. Витки проволоки такого электромагнита называются обмоткой возбуждения.

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

Показанный ниже промышленный электродвигатель работает и на постоянном, и на переменном токе. Его статор – это электромагнит, создающий магнитное поле. Обмотки двигателя поочередно подключаются через щетки к источнику питания. Одна за другой они поворачивают ротор на небольшой угол, и ротор непрерывно вращается.

Промышленный электродвигатель

Электроизмерительные приборы.

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Группа электромагнитных приборов является наиболее распространенной. Принцип их действия, использованный впервые еще Ф. Кольраушем в 1884 году, основан на перемещении подвижной железной части под влиянием магнитного потока, создаваемого катушкой, по которой пропускается ток. Практическое осуществление этого принципа отличается разнообразием.

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах, вольтметрах и др.

Устройство прибора магнитоэлектрической системы

Измерительный прибор магнитоэлектрической системы устроен следующим образом.

Берут лёгкую алюминиевую рамку 2 прямоугольной формы, наматывают на неё катушку из тонкого провода. Рамку крепят на двух полуосях О и О’, к которым прикреплена также стрелка прибора 4. Ось удерживается двумя тонкими спиральными пружинами 3. Силы упругости пружин, возвращающие рамку к положению равновесия в отсутствие тока, подобраны такими, чтобы были пропорциональными углу отклонения стрелки от положения равновесия. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита М с наконечниками формы полого цилиндра. Внутри катушки располагают цилиндр 1 из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (см рисунок).

В результате при любом положении катушки силы, действующие на нее со стороны магнитного поля, максимальны и при неизменной силе тока постоянны. Векторы F и –F изображают силы, действующие на катушку со стороны магнитного поля и поворачивающие ее. Катушка с током поворачивается до тех пор, пока силы упругости со стороны пружины не уравновесят силы, действующие на рамку со стороны магнитного поля. Увеличивая силу тока в рамке в 2 раза, рамка повернётся на угол, вдвое больший. Это происходит потому, что F_m~I.

Силы, действующие на рамку с током прямо пропорциональны силе тока, то есть можно, проградуировав прибор, измерять силу тока в рамке.

Точно так же можно прибор настроить на измерение напряжения в цепи, если проградуировать шкалу в вольтах, причём сопротивление рамки с током должно быть выбрано очень большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряем напряжение.

Дополнительные материалы.

1. Видео-ролик «Принцип работы электродвигателя»

2. Презентация «Электроизмерительные приборы» скачать с Яндекса

Медиа-материалы из Единой коллекции Цифровых Образовательных Ресурсов:

Рисунок «Вольтметр» 8_140
Рисунок-плакат «Электродвигатель» 8_224
Слайд-шоу «Работа электродвигателя» 8_225
Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор электродинамической системы» 8_227
Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор» 8_228
Слайд-шоу «Работа амперметра» 8_229
Слайд-шоу «Работа электроизмерительного прибора» 8_230

принцип работы, устройство, классификация.

Все про электродвигатели.

Интернет-магазин инженерного оборудования «ОВК Комплект»предлагает своим посетителям ознакомиться с принципом работы, устройством и классификацией электродвигателей, а в последствии купить электродвигатель по самой разумной цене в Украине! Эти устройства незаменимая основа для функционирования большей части техники как бытового, так и промышленного применения. Поэтому в современном обществе их область применения не имеет границ. А актуальность такой покупки может возникнуть в любое время года.

На сегодняшний день, практически в любом механическом приспособлении используется сочетание кинетической и потенциальной энергии — механическая энергия, которая является источником движущей силы, отвечающей за работу всей системы. С открытием электричества механическую энергию стало возможно преобразовывать из электрической, путем применения электромеханической машины — электродвигателя.

Принцип работы электродвигателя

Функционирует электрический двигатель из принципа электромагнитной индукции — физический процесс генерации электрического тока в замкнутом контуре при условии изменения магнитного потока, перемещающегося сквозь него. Первый электродвигатель по такому принципу был создан в 1821 году ученым из Британии Майклом Фарадеем и представлял собой не закрепленный стальной провод, который был погружен в чан с ртутью, где в середине был установлен вечный магнит. Под влиянием электрического воздействия на провод, последний образовывал вокруг себя циклическое магнитное поле, что заставляло его кружить вокруг магнита.

В дальнейшем принцип действия электродвигателя (электромагнетизма) до ума довел русский ученый Б. С. Якоби. Он первый в 1834 году смог изобрести техническое приспособление, которое было в состоянии создавать круговое вращение, что порождало собой привидение в движение механические устройства. Развивая эту идею, Якоби достиг роста мощности своего первого прототипа электродвигателя с 15 Вт до 550 Вт. В 1839 году электрический двигатель этого гения был в состоянии развить 1 лошадиную силу, что позволяло перемещать лодку с весом около тонны по реке против течения.

Устройство электродвигателя

В основе конструкции любого электродвигателя лежит наличие двух самых важных элементов — неподвижная часть “статор” (“индуктор” для двигателей постоянного напряжения) и подвижная часть “ротор” (“якорь” для машин постоянного напряжения). Под воздействием электрического тока на обмотки статора, генерируется вращающееся электромагнитное поле, под влиянием которого на обмотку ротора и вызывая тем самым ток индукции, заставляет его вращаться в определенном направлении. Этот процесс объясняется законом Ампера: на проводник под напряжением, внедренный в зону электромагнитного поля, действует электродвижущая сила (ЭДС). Электродвигатели отличаются по параметру частоты вращения ротора (якоря), который зависит от числа пар магнитных полюсов и частоты напряжения питания сети.

1. КОРПУС

2. РОТОР

3. КЛЕММНАЯ КОРОБКА

4. СТАТОР

5. ВАЛ

Типы электродвигателей

Современные виды электродвигателей имеют широкую классификацию по разным конструктивным и функциональным признакам. Прежде всего, их принято делить по принципу возникновения вращающего момента на:

Электродвигатель гистерезисный — в процессе перемагничивания ротора возникает свойство физической системы, гистерез, который собственно и создает вращающий момент. Электрооборудование данного типа очень редко находят применение в промышленной сфере.
Электромагнитный электродвигатель — самый распространенный тип, применяемый практически во всех бытовых и промышленных областях.

Данная группа в свою очередь делиться по характеру потребления питания на:

Эл двигатель постоянного тока — питается от сети с постоянным напряжением. Такой вид устройства может быть выполнен так же в разных вариантах: с отсутствием щеточно-коллекторного узла или с его наличием. В последнем предусмотрена градация по типу возбуждения на: двигатели с независимым возбуждением и самовозбуждением, которые тоже могут разнится по характеру обмотки и быть исполнены в таких формах: параллельно, последовательно, смешано.
Электрический двигатель переменного тока — питание осуществляется от сети с переменным типом напряжения.

Такой вид электромагнитных преобразователей классифицируются по принципу работы на:

Синхронный электродвигатель — суть заключается в синхронном вращении ротора с электромагнитным полем статора при одинаковой частоте. Такие приспособления отличаются особо высокой мощностью достигающей сотни киловатт и более того.
Асинхронный двигатель переменного тока — функционирует на основе того, что частота вращения электромагнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора, по типу исполнения обмотки который может быть короткозамкнутым или же фазовым. По количеству фаз электродвигатели асинхронные выступают в однофазном или трехфазном вариантах.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 25 октября 2021 г.

Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — в вытяжках и электробритвах; 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 лучших изобретения всех времен. Давайте разберем некоторые и узнаем, как они работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые. Это потому, что они набиты плотно намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это двигатель от старой электрической газонокосилки. Медно-красная штука в сторону Перед осью с прорезями в ней находится коллектор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Содержание

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?
Правило левой руки Флеминга
Как работает электродвигатель — теория
Как работает электродвигатель на практике
Универсальные двигатели
Электродвигатели прочие
Узнать больше

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

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

Предположим, вы берете кусок обычной проволоки, делаете из нее большую петлю, и положить его между полюсами мощной, постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда ты видишь это впервые. Его прямо как по волшебству! Но есть совершенно научная объяснение. Когда электрический ток начинает ползти по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы узнаете, что два магнита, расположенные рядом друг с другом либо притягивать, либо отталкивать. Точно так же временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет провод 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 называется моторным правилом).

Вытяните большой, указательный и указательный пальцы левой стороны, так что все три находятся под прямым углом. Если ты укажешь вторым пальцем в направлении Течения (который течет от положительного к отрицательный полюс аккумулятора), и первый палец в направление поля (которое течет от северного к южному полюсу магнит), ваш большой палец будет показать направление, в котором провод Движения.

Это…

Первый палец = Поле
Второй палец = Текущий
ThuMb = Движение

Несколько слов о токе

Если вас смущает мое утверждение, что ток течет от плюса к минусу, это просто историческая условность. Такие люди, как Бенджамин Франклин, который помог выяснить тайну электричества еще в 18 веке считали потоком положительных зарядов, так что это перетекло от положительного к отрицательному. Мы называем эту идею обычным током. и до сих пор используют его 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

противоположное направление условного тока.

Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Принцип работы электродвигателя — теория

Связь между электричеством, магнетизмом и движением была первоначально открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари. Ампер (1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое немного технологии для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, сделавшими это, были англичане Майкл Фарадей (179 г.1–1867) и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878). Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, чтобы эффективно два параллельных провода, проходящих через магнитное поле. Один из них отводит от нас электрический ток по проводу и другому один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в противоположных направлениях в проводах, правило левой руки Флеминга говорит нам, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов поднимется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка проволоки могла двигаться вот так, она бы вращалась непрерывно — и мы были бы на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может случиться с нашей нынешней установкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко достаточно, что-то еще случилось бы. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернулся бы, поэтому электрический ток протекать через него в обратном направлении. Теперь силы на каждом сторона катушки перевернута. Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он будет двигаться в том же направлении, в котором только что появился! Представьте электропоезд с таким двигателем: он будет держать шаркая взад и вперед на месте, даже не двигаясь в любом месте.

Фото: Электрик 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 предоставлено ВМС США.

Как работает электродвигатель на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них заключается в использовании своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, известное как переменный ток (АС). В виде небольшого, на батарейках двигатели, которые мы используем дома, лучшим решением будет добавить компонент называется коммутатором концы катушки. (Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «коммутировать». Это просто означает переход туда и обратно в одном и том же таким образом, что коммутировать означает путешествовать туда и обратно.) В своей простейшей форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его работа заключается в изменении направления электрического тока в катушке каждый раз, когда катушка поворачивается на пол-оборота. Один конец катушки присоединен к каждой половине коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя. Они подают электроэнергию в коммутатор через пару свободных разъемы, называемые щетками, сделал либо из кусочков графита (мягкий углерод, похожий на карандашный «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «кисть» против коммутатора. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Работа: Упрощенная схема частей электрического мотор. Анимация: как это работает на практике. Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что заставляет катушку вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель не способен много силы. Мы можем увеличить вращающую силу (или крутящий момент) что двигатель можно создать тремя способами: либо мы можем иметь более мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток течет по проводу, или мы можем сделать катушку, чтобы у нее было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки. На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в виде дуги. круглой формы, так что он почти касается катушки проволоки, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных деталей, вы можете представить двигатель как состоящий из двух основных компонентов:

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

Универсальные двигатели

9Такие двигатели постоянного тока 0002 отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемых автомобилей или электробритв), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.

В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает питание от постоянного или переменного тока, который вы подаете:

При подаче постоянного тока электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, направленное всегда в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном направлении.
Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба меняются местами, точно в шаге, поэтому сила на катушке всегда в одном направлении, и двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки. Что с коммутатором? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электропитание питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С питанием постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании переменным током как магнитное поле, так и ток катушки меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное. Это означает, что сила на катушке всегда направлена в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: Основные детали внутри среднего двигателя от кофемолки, который может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), питающийся от катушек оранжевого цвета. Обратите также внимание на прорези в коллекторе и упирающиеся в него угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электропоезда, во много раз больше и мощнее, чем этот, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения. который питает универсальные двигатели.

Другие виды электродвигателей

Фото: Электродвигатели бывают всех форм и размеров. В этом школьном автобусе есть заменили старый грязный дизельный двигатель на большой электродвигатель (белая рамка) для уменьшения загрязнения воздуха. Фото Денниса Шредера предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как фабричные машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов для создания вращающегося магнитного поля, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться вокруг. Подробнее об этом можно прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его, так что статор будет эффективно выложен в длинную непрерывную дорожку, ротор сможет катиться по ней по прямой линии. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, с несколькими статичными железными катушками в центре и постоянным магнитом, вращающимся вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой. Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о ступичных двигателях. Шаговые двигатели, которые поворачиваются на точно контролируемые углы, являются разновидностью бесщеточных двигателей постоянного тока.

Узнать больше

Книги

Для младших читателей

Электричество для юных мастеров: веселые и простые проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media, 2017. Увлекательное практическое введение в базовые проекты в области электричества, в том числе три из них связаны со сборкой электродвигателей.
Electric Mischief: гаджеты на батарейках, которые могут собрать дети, Алан Бартоломью. Отпечатки лап, 2008.

Для читателей старшего возраста

Электродвигатели и приводы: основы, типы и применение Остина Хьюза и Билла Друри, Newnes (Elsevier), 2019.
Управление электродвигателем, Санг-Хун Ким, Elsevier, 2017.
Практическое руководство по электродвигателям Ирвинга Готтлиба, Newnes (Elsevier), 1997.

Артикул

200 лет назад Фарадей изобрел электродвигатель: после того, как Фарадей опубликовал свои результаты, его наставник Эллисон Марш обвинила его в плагиате. IEEE Spectrum, 27 августа 2021 г. Увлекательная история изобретения Фарадея и последствий, которые оно вызвало.
Новый электродвигатель может повысить эффективность электромобилей, скутеров и ветряных турбин Лоуренс Ульрих. IEEE Spectrum, 19 августа 2019 г. Двигатели с высоким крутящим моментом — ключ к нашему быстрому электрическому будущему.
«Как распечатать электродвигатель» Карла Бугеи. IEEE Spectrum, 24 августа 2018 г. Можно ли «напечатать» двигатель так же, как вы делаете печатную плату?
Заткнись о батареях: ключ к лучшему электромобилю — более легкий двигатель Мартин Доппельбауэр и Патрик Винцер. IEEE Spectrum, 22 июня 2017 г. Немецкие инженеры считают, что лучшие двигатели, а не лучшие аккумуляторы, являются ключом к завтрашнему всепобеждающему электромобилю.
Power and Electric Motors Ретта Аллена. Wired, ноябрь 2011 г. Почему электродвигатели потребляют гораздо больше энергии, когда они только запускаются?

Занятия

Вот несколько безопасных и простых занятий по сборке моторов, которые вы можете попробовать сами. В порядке сложности первый — это простой винтовой двигатель; последний представляет собой полноценный коллекторный двигатель постоянного тока.

Как сделать простейший электродвигатель от Windell Oskay. Evil Mad Scientist, 7 августа 2006 г. Можно ли сделать мотор из батарейки, винта, магнита и полоски проволоки?
Очень простой винтовой «двигатель» доктора Джонатана Хэйра, Creative Science Center. Еще одно описание винтового двигателя.
Собери простой электродвигатель !: Science Buddies, 16 октября 2017 г. Более сложный двигатель с вращающейся катушкой.
Соберите простой двигатель постоянного тока со щетками и коллектором. (короткая версия) и «Создание двигателя постоянного тока шаг за шагом» (пошаговая версия) Тима Каллинана. Как сделать дешевый и простой коллекторный двигатель постоянного тока из бытовых материалов примерно за 5 долларов.

Патенты

Патенты являются отличным источником подробной технической информации и чертежей. Вот некоторые из них, которые я откопал из базы данных USPTO:

Электродвигатель Ганса Э. Ницше, 13 апреля 1925 г. Типичный ранний двигатель постоянного тока, предназначенный для питания от низковольтных батарей.
Масаюки Ёкояма и др., Mitsubishi Electric Corporation, 1 июня 2010 г. Двигатель с увеличенным сроком службы и улучшенной конструкцией коллектора.
Электродвигатель постоянного тока с высоким крутящим моментом и системой одновременной зарядки аккумулятора, автор Wilson A. Burtis, 26, 19 августа.97. Мощный двигатель, который может эффективно заряжать батареи электромобиля во время движения.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 25 октября 2021 г.

Щелкни выключателем и получи мгновенное питание — как бы это понравилось нашим предкам электродвигатели! Вы можете найти их во всем, от электропоезда на дистанционном управлении автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических Моторы сейчас в комнате с тобой? Есть, наверное, два в компе для начала крутится один твой хард ездить и еще один питание вентилятора охлаждения. Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — в вытяжках и электробритвах; 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 лучших изобретения всех времен. Давайте разберем некоторые и узнаем, как они работа!