Osnovni elementi elektromotora. Princip rada elektromotora. Princip pretvorbe energije

Elektromotor je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku. Elektromotori su postali rašireni u gotovo svim područjima svakodnevnog života. Prije razmatranja vrsta elektromotora, trebali bismo se ukratko zadržati na principu njihovog rada. Cijela radnja se odvija u skladu s Amperovim zakonom, kada se oko žice kojom teče električna struja formira magnetsko polje. Dok se ova žica okreće unutar magneta, svaka će strana biti naizmjenično privučena polovima. To će uzrokovati okretanje žičane petlje. Elektromotori se međusobno dijele ovisno o primijenjenoj struji koja može biti izmjenična i istosmjerna.

AC motori

Značajka naizmjenična struja mijenja svoj smjer određeni broj puta u sekundi. U pravilu se koristi izmjenična struja s frekvencijom od 50 herca.

Kada se spoji, struja prvo počinje teći u jednom smjeru, a zatim se njezin smjer potpuno mijenja. Dakle, strane petlje, koje primaju pritisak, naizmjenično se privlače različitim polovima. To jest, zapravo, dolazi do njihovog urednog privlačenja i odbijanja. Stoga će se pri promjeni smjera žičana petlja okretati oko svoje osi. Uz pomoć tih kružnih pokreta energija se pretvara iz električne u mehaničku.

Izmjenični motori dolaze u mnogim izvedbama i širokom rasponu modela. To im omogućuje široku primjenu ne samo u industriji, već iu svakodnevnom životu.

DC motori

Prvi izumljeni motori još uvijek su bili uređaji istosmjerna struja. Izmjenična struja je u to vrijeme još bila nepoznata. Za razliku od izmjenične struje, istosmjerna se uvijek kreće u jednom smjeru. Rotor se prestaje okretati nakon okretanja za 90 stupnjeva. Smjer magnetsko polje poklapa se u smjeru električne struje.

Stoga se metalni prsten spojen na izvor istosmjerne struje siječe na dva dijela i naziva se prstenasti komutator. Na početku vrtnje struja teče kroz prvu stranu komutatora i kroz žice. Električna struja koja teče kroz žičanu petlju stvara u njoj magnetsko polje. Kako se petlja nastavlja okretati, komutator se također okreće. Nakon što prsten prođe kroz prazan prostor, pomiče se na drugi dio prekidača. Zatim se javlja učinak izmjenične električne struje, zbog čega se rotacija petlje nastavlja.

Svi istosmjerni elektromotori koriste se zajedno s izmjeničnim uređajima u proizvodnji i transportu.

Podjela elektromotora

Elektromotori su dugo i čvrsto zauzeli vodeću poziciju među pogonskim jedinicama raznih vrsta opreme. Ima ih u automobilima i usisavačima, u najsloženijim strojevima i u običnim dječjim igračkama. Nalaze se gotovo posvuda, iako se razlikuju po vrsti, strukturi i karakteristikama izvedbe.

Elektromotori su pogonske jedinice koje mogu pretvarati električnu energiju u mehaničku. Postoje dvije glavne vrste: AC i DC motori. Razlika između njih, kao što naziv govori, je vrsta struje napajanja. U ovom ćemo članku govoriti o prvom tipu - elektromotoru izmjenične struje.

Dizajn i princip rada

Glavni pokretačka snaga bilo koji elektromotor – elektromagnetska indukcija. Elektromagnetska indukcija, da je ukratko opišemo, je pojava struje u vodiču smještenom u izmjenično magnetsko polje. Izvor izmjeničnog magnetskog polja je stacionarno kućište motora na koje su postavljeni namoti - stator spojen na izvor izmjenične struje. Sadrži pokretni element - rotor, u kojem nastaje struja. Prema Amperovom zakonu, na nabijeni vodič smješten u magnetsko polje počinje djelovati elektromotorna sila - EMF, koja okreće osovinu rotora. Tako, Električna energija, koja se dovodi do statora, pretvara se u mehaničku energiju rotora. Na rotirajuću osovinu mogu se spojiti različiti mehanizmi koji obavljaju koristan rad.

Elektromotori izmjenične struje dijele se na sinkrone i asinkrone. Razlika između njih je u tome što se u prvom rotor i magnetsko polje statora vrte istom brzinom, a u drugom se rotor okreće sporije od magnetskog polja. Razlikuju se u strukturi i principu rada.

Asinkroni motor

Namoti su pričvršćeni na stator asinkronog motora, stvarajući izmjenično rotirajuće magnetsko polje, čiji se krajevi izvode u priključnu kutiju. Budući da se motor zagrijava tijekom rada, na njegovu je osovinu ugrađen ventilator za hlađenje.

Rotor asinkronog motora izrađen je s osovinom kao jednom cjelinom. Sastoji se od metalnih šipki međusobno zatvorenih s obje strane, zbog čega se takav rotor naziva i kavezni rotor. Izgledom podsjeća na kavez, zbog čega ga često nazivaju i "vjeveričijim kotačem". Sporija rotacija rotora u odnosu na rotaciju magnetskog polja rezultat je gubitka snage zbog trenja ležajeva. Usput, da nije bilo te razlike u brzini, EMF se ne bi pojavio, a bez njega ne bi bilo struje u rotoru niti same rotacije.

Magnetsko polje se okreće zbog stalne promjene polova. U tom slučaju, smjer struje u namotima se mijenja u skladu s tim. Brzina vrtnje vratila asinkronog motora ovisi o broju polova magnetskog polja.

Sinkroni motor

Uređaj sinkronog motora

Dizajn sinkronog elektromotora malo je drugačiji. Kao što naziv govori, u ovom motoru rotor se okreće istom brzinom kao i magnetsko polje. Sastoji se od kućišta s namotima pričvršćenim na njega i rotora ili armature opremljenog istim namotima. Krajevi namota se izvlače i pričvršćuju na kolektor. Napon se dovodi na komutator ili klizni prsten preko grafitnih četkica. U ovom slučaju, krajevi namota su postavljeni na takav način da se napon može primijeniti samo na jedan par u isto vrijeme.

Za razliku od asinkronih motora, napon se na rotor sinkronih motora dovodi pomoću četkica, puneći njegove namote, a ne inducira se izmjeničnim magnetskim poljem. Smjer struje u namotima rotora mijenja se usporedno s promjenom smjera magnetskog polja, pa se izlazna osovina vrti uvijek u jednom smjeru. Sinkroni elektromotori omogućuju vam regulaciju brzine vrtnje osovine promjenom vrijednosti napona. U praksi se za to obično koriste reostati.

Kratka povijest stvaranja

Mogućnost pretvaranja električne energije u mehaničku prvi je otkrio britanski znanstvenik M. Faraday još 1821. godine. Njegovo iskustvo sa žicom stavljenom u kadu žive opremljenu magnetom pokazalo je da se žica počela okretati kad je spojena na izvor električne energije. Vjerojatno se mnogi sjećaju ovog jednostavnog eksperimenta iz škole, no živa je tamo zamijenjena sigurnom slanom vodom. Sljedeći korak u proučavanju ovog fenomena bilo je stvaranje unipolarnog motora - Barlowovog kotača. Nijedan korisna primjena nikada ga nije pronašao, ali je jasno pokazao ponašanje nabijenog vodiča u magnetskom polju.

U zoru povijesti elektromotora, znanstvenici su pokušali stvoriti model s jezgrom koja se kreće u magnetskom polju ne u krugu, već recipročno. Ova je opcija predložena kao alternativa klipnim motorima. Električni motor u svom poznatom obliku prvi je stvorio 1834. ruski znanstvenik B.S. Jacobi. On je bio taj koji je predložio ideju o korištenju armature koja rotira u magnetskom polju, pa je čak stvorio i prvi radni prototip.

Prvi asinkroni motor, temeljen na rotirajućem magnetskom polju, pojavio se 1870. godine. Autori učinka rotirajućeg magnetskog polja, neovisno jedan o drugom, bili su dva znanstvenika: G. Ferraris i N. Tesla. Potonji je također došao na ideju stvaranja električnog motora bez četkica. Prema njegovim nacrtima izgrađeno je nekoliko elektrana s dvofaznim izmjeničnim motorima. Sljedeći uspješniji razvoj bio je trofazni motor koji je predložio M.O. Dolivo-Dobrovolsky. Njegov prvi operativni model lansiran je 1888., nakon čega je uslijedio niz naprednijih motora. Ovaj ruski znanstvenik ne samo da je opisao princip rada trofaznog elektromotora, već je proučavao i razne vrste spojeva faza (trokut i zvijezda), te mogućnosti korištenja različitih napona. Upravo je on izumio startne reostate, trofazne transformatore i razvio dijagrame strujnog kruga za spajanje motora i generatora.

Značajke AC elektromotora, njegove prednosti i nedostaci

Danas su elektromotori jedan od najčešćih tipova elektrane, a za to postoji mnogo razloga. Imaju visoku učinkovitost od oko 90%, a ponekad i veću, prilično nisku cijenu i jednostavan dizajn, ne emitiraju štetne tvari tijekom rada, omogućuju glatku promjenu brzine tijekom rada bez upotrebe dodatnih mehanizama kao što su mjenjač, ​​pouzdani su i izdržljivi.

Među nedostacima svih vrsta elektromotora je nedostatak baterije velikog kapaciteta za autonomni rad.

Glavna razlika između AC motora i njegovog najbližeg rođaka, DC motora, je u tome što se prvi napaja izmjeničnom strujom. Ako ih usporedimo funkcionalnost, prvi je manje snažan, teško je regulirati brzinu u širokom rasponu i ima manju učinkovitost.

Ako usporedimo asinkroni i sinkroni AC elektromotor, prvi ima jednostavniji dizajn i nedostaje mu "slaba karika" - grafitne četke. Oni su obično prvi koji pokvare kada se sinkroni motori pokvare. Pritom je teško postići i regulirati konstantnu brzinu, koja ovisi o opterećenju. Sinkroni motori omogućuju vam regulaciju brzine vrtnje pomoću reostata.

Opseg primjene

AC motori imaju široku primjenu u gotovo svim područjima. Opremljeni su elektranama, koriste se u automobilskoj i strojogradnji, a nalaze se i u kućanskim aparatima. Jednostavnost dizajna, pouzdanost, izdržljivost i visoka učinkovitost čine ih gotovo univerzalnima.

Asinkroni motori našli su primjenu u pogonskim sustavima raznih strojeva, strojeva, centrifuga, ventilatora, kompresora, kao i Kućanski aparati. Trofazni asinkroni motori su najčešći i traženi. Sinkroni motori se koriste ne samo kao pogonske jedinice, već i kao generatori, a također i za pogon velikih instalacija gdje je važna regulacija brzine.

Dijagram spajanja elektromotora na mrežu

AC motori dostupni su u trofaznim i jednofaznim tipovima.
Asinkroni jednofazni motori imaju 2 izlaza na tijelu i njihovo spajanje na mrežu nije teško. Jer Cijela kućanska električna mreža je uglavnom jednofazna 220V i ima 2 žice - fazu i nulu. Kod sinkronih je sve mnogo zanimljivije, mogu se spojiti i pomoću 2 žice, samo spojite namotaje rotora i statora. Ali moraju biti spojeni tako da se jednopolni namoti magnetizacije rotora i statora nalaze jedan nasuprot drugom.
Motori za 3-fazne mreže predstavljaju poteškoće. Pa, prvo, takvi motori općenito imaju 6 priključaka u priključnoj kutiji, a to znači da namote motora morate sami spojiti, a drugo, njihovi namoti mogu se spojiti na različite načine - tipa "zvijezda" i "trokut". Ispod je dijagram priključaka stezaljki u priključnoj kutiji, ovisno o vrsti spoja namota.

Spajanje istog motora na različite načine u isto vrijeme električna mreža rezultirat će različitom potrošnjom energije. U isto vrijeme ne ispravan spoj električni motor, može dovesti do taljenja namota statora.

Tipično, asinkroni motori su dizajnirani da budu uključeni u trofazna mreža na dva različita napona koji se razlikuju faktorom. Na primjer, motor je dizajniran za spajanje na mrežu s naponom od 380/660 V. Ako mreža ima linearni napon od 660 V, tada namot statora treba spojiti zvijezdom, a ako je 380 V, tada s trokutom. U oba slučaja, napon na namotu svake faze bit će 380 V. Stezaljke faznih namota postavljene su na ploču na takav način da je prikladno spojiti fazne namotaje pomoću skakača, bez križanja potonjeg. Neki mali motori imaju samo tri priključka u priključnoj kutiji. U tom slučaju, motor se može spojiti na mrežu na jednom naponu (statorski namot takvog motora spojen je zvijezdom ili trokutom unutar motora).

Shematski dijagram spajanja asinkronog motora s namotanim rotorom na trofaznu mrežu prikazan je na slici. Namot rotora ovog motora spojen je na startni reostat YAR, koji stvara dodatni otpor R ext u krugu rotora.

Elektromotor je uređaj čiji je princip rada pretvaranje električne energije u mehaničku. Ovom transformacijom puštaju se u rad sve vrste opreme, od najjednostavnije radne opreme do automobila. Međutim, za svu korisnost i produktivnost takve transformacije energije, ovo svojstvo ima malu nuspojava, što se očituje u povećanom stvaranju topline. Zato su elektromotori opremljeni dodatnom opremom koja ih može hladiti i omogućiti nesmetan rad.

Princip rada elektromotora - glavni funkcionalni elementi

Svaki električni motor sastoji se od dva glavna elementa, od kojih je jedan stacionaran, takav element se naziva stator. Drugi element je pomičan; ovaj dio motora naziva se rotor. Rotor elektromotora može biti izveden u dvije izvedbe, naime može biti kratkospojeni i s namotom. Iako je potonji tip danas prava rijetkost, budući da se uređaji kao što su danas naširoko koriste.

Princip rada elektromotora temelji se na sljedećim fazama rada. Kada je spojen na mrežu, magnetsko polje koje nastaje počinje se okretati u statoru. Djeluje na namot statora, u kojem nastaje struja indukcijskog tipa. Prema Amperovom zakonu, struja počinje djelovati na rotor, koji se pod tim djelovanjem počinje okretati. Brzina rotacije rotora izravno ovisi o snazi ​​struje koja nastaje, kao io broju polova koji nastaju.

Princip rada elektromotora - vrste i vrste

Danas su najčešći motori magnetoelektričnog tipa. Postoji i vrsta elektromotora koja se zove histereza, ali oni nisu uobičajeni. Prvi tip elektromotora, magnetoelektrični tip, može se dalje podijeliti u dvije podvrste, naime istosmjerne motore i izmjenične motore.

Prvi tip motora radi od istosmjerne struje; ove vrste elektromotora se koriste kada postoji potreba za podešavanjem brzine. Ova podešavanja se izvode promjenom napona u kotvi. Međutim, sada postoji veliki izbor svih vrsta pretvarača frekvencije, pa se takvi motori sve manje koriste.

AC motori prema tome rade djelovanjem izmjenične struje. Ovdje također postoji klasifikacija, a motori se dijele na sinkrone i asinkrone. Njihova glavna razlika je razlika u rotaciji potrebnih elemenata; u sinkronom se pogonski harmonik magneta kreće istom brzinom kao i rotor. Naprotiv, struja nastaje zbog razlike u brzinama kretanja magnetskih elemenata i rotora.

Zbog svojih jedinstvenih karakteristika i principa rada, elektromotori su danas mnogo zastupljeniji od, recimo, motora s unutarnjim izgaranjem, budući da imaju niz prednosti u odnosu na njih. Dakle, učinkovitost elektromotora je vrlo visoka, i može doseći gotovo 98%. Elektromotori su također različiti. visoka kvaliteta i vrlo dug radni vijek, ne prave mnogo buke i praktički ne vibriraju tijekom rada. Velika prednost ove vrste motora je što ne zahtijeva gorivo i, kao rezultat toga, ne ispušta nikakve štetne tvari u atmosferu. Štoviše, njihova je uporaba znatno ekonomičnija u usporedbi s motorima s unutarnjim izgaranjem.

Elektromotori su uređaji u kojima se električna energija pretvara u mehaničku. Načelo njihovog rada temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije.

Međutim, način na koji magnetska polja međusobno djeluju, uzrokujući rotaciju rotora motora, značajno se razlikuju ovisno o vrsti napona napajanja - izmjeničnom ili izravnom.

Princip rada istosmjernog elektromotora temelji se na efektu odbijanja istovjetnih polova permanentnih magneta i privlačenja suprotnih polova. Prioritet njezina izuma pripada ruskom inženjeru B. S. Jacobiju. Prvi industrijski model istosmjernog motora nastao je 1838. godine. Od tada njegov dizajn nije doživio temeljne promjene.

U istosmjernim motorima male snage jedan od magneta fizički postoji. Pričvršćen je izravno na tijelo stroja. Drugi se stvara u namotu armature nakon spajanja izvora istosmjerne struje na njega. U tu svrhu koristi se poseban uređaj - jedinica komutator-četka. Sam kolektor je vodljivi prsten pričvršćen na osovinu motora. Na njega su spojeni krajevi namota armature.

Da bi se pojavio okretni moment, polovi trajnog magneta armature moraju se stalno mijenjati. To bi se trebalo dogoditi u trenutku kada pol pređe takozvani magnetski neutral. Strukturno, ovaj problem je riješen dijeljenjem kolektorskog prstena u sektore odvojene dielektričnim pločama. Na njih se naizmjenično spajaju krajevi namota armature.

Za spajanje kolektora na napajanje koriste se takozvane četke - grafitne šipke visoke električne vodljivosti i niskog koeficijenta trenja klizanja.

Namoti armature nisu spojeni na opskrbnu mrežu, već su spojeni na startni reostat preko sklopa komutator-četka. Proces uključivanja takvog motora sastoji se od spajanja na opskrbnu mrežu i postupnog smanjenja aktivnog otpora u krugu armature na nulu. Elektromotor se uključuje glatko i bez preopterećenja.

Značajke korištenja asinkronih motora u jednofaznom krugu

Unatoč činjenici da je rotirajuće magnetsko polje statora najlakše dobiti iz trofaznog napona, princip rada asinkronog elektromotora omogućuje mu da radi iz jednofazne kućne mreže ako se u njihov dizajn unesu neke promjene.

Da bi to učinio, stator mora imati dva namota, od kojih je jedan "početni" namot. Struja u njemu pomaknuta je u fazi za 90 ° zbog uključivanja reaktivnog opterećenja u krug. Najčešće za ovo

Gotovo potpuni sinkronizam magnetskih polja omogućuje motoru da dobije brzinu čak i pri značajnim opterećenjima na osovini, što je potrebno za rad bušilica, bušaćih čekića, usisavača, brusilica ili strojeva za poliranje podova.

Ako je podesivi uključen u krug napajanja takvog motora, tada se njegova frekvencija rotacije može glatko mijenjati. Ali smjer, kada se napaja iz kruga izmjenične struje, nikada se ne može promijeniti.

Takvi elektromotori mogu razviti vrlo velike brzine, kompaktni su i imaju veći okretni moment. Međutim, prisutnost sklopa komutator-četka smanjuje njihov vijek trajanja - grafitne četke se prilično brzo istroše pri velikim brzinama, pogotovo ako komutator ima mehanička oštećenja.

Električni motori imaju najveću učinkovitost (više od 80%) od svih uređaja koje je stvorio čovjek. Njihov izum krajem 19. stoljeća može se smatrati kvalitativnim skokom u civilizaciji, jer je nemoguće zamisliti život bez njih moderno društvo, temeljen na visokoj tehnologiji, a nešto učinkovitije još nije izmišljeno.

Sinkroni princip rada elektromotora na videu

Elektromotor je tehnički sustav u kojem se električna energija pretvara u energiju mehanički tip. Rad takvog motora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije. Uređaj pretpostavlja prisutnost stacionarnog elementa - statora, kao i pokretnog dijela koji se zove armatura ili rotor.

U tradicionalnom elektromotoru, stator je vanjski dio strukture. Ovaj element tvori stacionarno magnetsko polje. Pomični rotor smješten je unutar statora. Sastoji se od permanentnih magneta, jezgre s namotima, komutatora i četkica. Električne struje protok kroz namot, koji se obično sastoji od mnogo zavoja bakrene žice.

Kada radi spojen na izvor energije, polja statora i rotora međusobno djeluju. Pojavljuje se zakretni moment. Pokreće rotor elektromotora. Tako se električna energija dovedena u namote pretvara u energiju rotacijsko kretanje. Rotacija osovine elektromotora prenosi se na radni element tehnički sustav, koji uključuje motor.

Značajke elektromotora

Elektromotor je jedna od vrsta električnih strojeva, koji također uključuju. Zbog svojstva reverzibilnosti, elektromotor po potrebi može djelovati i kao generator. Moguć je i obrnuti prijelaz. Ali češće nego ne, svaki električni stroj dizajniran je isključivo za obavljanje vrlo specifične funkcije. Drugim riječima, elektromotor će raditi najučinkovitije u ovom svojstvu.

Pretvorba električne energije u mehaničku rotacijsku energiju koja se događa u motoru nužno je povezana s gubicima energije. Razlozi ove pojave su zagrijavanje vodiča, magnetiziranje jezgri, te štetna sila trenja koja se javlja čak i pri korištenju ležajeva. Čak i trenje pokretnih dijelova sa zrakom utječe na koeficijent elektromotora. A opet u najsavršenijem učinkovitost motora prilično visok i može doseći 90%.

Posjedujući niz neospornih prednosti, motori pogonjeni , postali su izuzetno rašireni u industriji iu svakodnevnom životu. Glavna prednost takvog motora je njegova jednostavnost korištenja i visoka radna svojstva. Elektromotor ne proizvodi štetne emisije u atmosferu pa je njegova primjena u automobilima vrlo perspektivna.