Elemen dasar motor listrik. Prinsip pengoperasian motor listrik. Prinsip konversi energi

Motor listrik adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik banyak digunakan di hampir semua bidang kehidupan sehari-hari. Sebelum mempertimbangkan jenis-jenis motor listrik, kita harus membahas secara singkat prinsip pengoperasiannya. Semua tindakan terjadi menurut hukum Ampere, ketika medan magnet terbentuk di sekitar kawat, tempat arus listrik mengalir. Saat kawat ini berputar di dalam magnet, setiap sisinya akan tertarik ke kutub secara bergantian. Dengan demikian, loop kawat akan berputar. Motor listrik dibagi di antara mereka sendiri, tergantung pada arus yang diberikan, yang dapat bolak-balik atau langsung.

motor AC

fitur arus bolak-balik adalah mengubah arahnya beberapa kali dalam satu detik. Sebagai aturan, arus bolak-balik dengan frekuensi 50 hertz digunakan.

Saat terhubung, arus pertama mulai mengalir dalam satu arah, dan kemudian arahnya dibalik. Dengan demikian, sisi-sisi loop, yang menerima dorongan, tertarik secara bergantian ke kutub yang berbeda. Artinya, sebenarnya, ada ketertarikan dan penolakan yang teratur. Karena itu, ketika mengubah arah, loop kawat akan berputar di sekitar porosnya. Dengan bantuan gerakan melingkar ini, energi diubah dari listrik menjadi mekanik.

Motor AC hadir dalam banyak desain dan tersedia dalam berbagai model. Ini memungkinkan mereka untuk digunakan secara luas tidak hanya dalam industri, tetapi juga dalam kehidupan sehari-hari.

motor DC

Motor pertama yang ditemukan masih merupakan perangkat DC. Arus bolak-balik pada waktu itu masih belum diketahui. Tidak seperti arus bolak-balik, arus searah selalu bergerak ke arah yang sama. Rotasi rotor berhenti setelah rotasi 90 derajat. Arah Medan gaya bertepatan dengan arah arus listrik.

Oleh karena itu, cincin logam yang terhubung ke sumber arus searah dipotong menjadi dua bagian dan disebut sakelar cincin. Pada awal putaran, arus mengalir melalui sisi pertama komutator dan melalui kabel. Arus listrik yang mengalir melalui loop kawat menciptakan medan magnet di dalamnya. Dengan rotasi loop lebih lanjut, komutator juga berputar. Setelah cincin melewati ruang kosong, ia bergerak ke bagian lain dari komutator. Selanjutnya, efek dari arus listrik bolak-balik terjadi, yang menyebabkan rotasi loop berlanjut.

Semua motor DC digunakan bersamaan dengan perangkat AC dalam produksi dan transportasi.

Klasifikasi motor listrik

Motor listrik telah lama dan kokoh menempati posisi terdepan di antara unit daya dari berbagai jenis peralatan. Mereka dapat ditemukan di dalam mobil dan penyedot debu, di peralatan mesin yang paling rumit, dan di mainan anak-anak biasa. Mereka hampir di mana-mana, meskipun berbeda dalam jenis, struktur, dan kinerja.

Motor listrik adalah unit daya yang mampu mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Ada dua jenis utama: motor AC dan DC. Perbedaan di antara keduanya, seperti namanya, adalah jenis arus suplai. Artikel ini akan fokus pada tipe pertama - motor AC.

Perangkat dan prinsip operasi

Utama penggerak motor listrik apa pun - induksi elektromagnetik. Singkatnya, induksi elektromagnetik adalah munculnya arus dalam konduktor yang ditempatkan dalam medan magnet bolak-balik. Sumber medan magnet bolak-balik adalah rumah motor tetap dengan belitan ditempatkan di atasnya - stator yang terhubung ke sumber arus bolak-balik. Ini berisi elemen bergerak - rotor, di mana arus terjadi. Menurut hukum Ampere, gaya gerak listrik (EMF) mulai bekerja pada konduktor bermuatan yang ditempatkan di medan magnet, yang memutar poros rotor. Dengan demikian, Energi listrik, yang diumpankan ke stator, diubah menjadi energi mekanik rotor. Berbagai mekanisme dapat dihubungkan ke poros berputar yang melakukan pekerjaan yang berguna.

Motor AC dibagi menjadi sinkron dan asinkron. Perbedaan di antara keduanya adalah bahwa yang pertama, medan magnet rotor dan stator berputar dengan kecepatan yang sama, dan yang kedua, rotor berputar lebih lambat daripada medan magnet. Mereka berbeda dalam struktur dan prinsip operasi.

motor asinkron

Belitan dipasang pada stator motor asinkron, menciptakan medan magnet berputar bolak-balik, yang ujungnya dibawa ke kotak terminal. Karena mesin memanas selama pengoperasian, kipas pendingin dipasang di porosnya.

Rotor motor induksi dibuat dengan poros sebagai satu bagian. Ini terdiri dari batang logam yang ditutup satu sama lain di kedua sisi, itulah sebabnya rotor semacam itu juga disebut hubung singkat. Penampilannya menyerupai sangkar, oleh karena itu sering disebut "roda tupai" Rotasi rotor yang lebih lambat dibandingkan dengan rotasi medan magnet adalah hasil dari hilangnya daya akibat gesekan bantalan. Ngomong-ngomong, jika tidak ada perbedaan kecepatan ini, EMF tidak akan muncul, dan tanpanya tidak akan ada arus di rotor dan putaran itu sendiri.

Medan magnet berputar karena perubahan kutub yang konstan. Dalam hal ini, arah arus dalam belitan berubah sesuai. Kecepatan putaran poros motor induksi tergantung pada jumlah kutub medan magnet.

motor sinkron

Perangkat motor sinkron

Desain motor sinkron sedikit berbeda. Sesuai dengan namanya, pada motor ini rotor berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan magnet. Ini terdiri dari rumahan dengan belitan yang terpasang padanya dan rotor atau angker yang dilengkapi dengan belitan yang sama. Ujung belitan dibawa keluar dan dipasang pada kolektor. Kolektor atau slip ring diberi energi melalui sikat grafit. Dalam hal ini, ujung belitan ditempatkan sedemikian rupa sehingga hanya satu pasang yang dapat diberi energi pada satu waktu.

Tidak seperti motor sinkron asinkron, tegangan diterapkan ke rotor dengan sikat, mengisi belitannya, dan tidak diinduksi oleh medan magnet bolak-balik. Arah arus pada belitan rotor berubah secara paralel dengan perubahan arah medan magnet, sehingga poros keluaran selalu berputar ke arah yang sama. Motor sinkron memungkinkan Anda untuk mengontrol kecepatan putaran poros dengan mengubah nilai voltase. Dalam praktiknya, rheostat biasanya digunakan untuk ini.

Sejarah singkat penciptaan

Untuk pertama kalinya, peluang untuk mengubah listrik menjadi energi mekanik ditemukan oleh ilmuwan Inggris M. Faraday pada tahun 1821. Pengalamannya dengan seutas kawat yang diletakkan di bak air raksa yang dilengkapi dengan magnet, menunjukkan bahwa ketika kawat itu dihubungkan ke sumber listrik, ia mulai berputar. Banyak yang mungkin mengingat pengalaman sederhana dari sekolah ini, namun, merkuri diganti di sana dengan air garam yang aman. Langkah selanjutnya dalam mempelajari fenomena ini adalah pembuatan motor unipolar - roda Barlow. Tidak ada aplikasi yang berguna dia tidak pernah menemukannya, tetapi dia dengan jelas mendemonstrasikan perilaku konduktor bermuatan dalam medan magnet.

Di awal sejarah motor listrik, para ilmuwan mencoba membuat model dengan inti yang bergerak dalam medan magnet bukan dalam lingkaran, tetapi bolak-balik. Opsi ini diusulkan sebagai alternatif mesin piston. Motor listrik dalam bentuknya yang biasa pertama kali dibuat pada tahun 1834 oleh ilmuwan Rusia B.S. Jacobi. Dialah yang mengusulkan ide menggunakan jangkar yang berputar dalam medan magnet, dan bahkan menciptakan sampel kerja pertama.

Motor induksi pertama berdasarkan medan magnet berputar muncul pada tahun 1870. Penulis efek medan magnet yang berputar, secara independen satu sama lain, adalah dua ilmuwan: G. Ferraris dan N. Tesla. Yang terakhir juga termasuk dalam ide membuat motor listrik tanpa sikat. Menurut gambarnya, beberapa pembangkit listrik dibangun dengan menggunakan motor AC dua fasa. Perkembangan selanjutnya yang lebih sukses adalah motor tiga fase yang diusulkan oleh M.O. Dolivo-Dobrovolsky. Model kerja pertamanya diluncurkan pada tahun 1888, diikuti oleh sejumlah mesin yang lebih canggih. Ilmuwan Rusia ini tidak hanya mendeskripsikan prinsip pengoperasian motor listrik tiga fase, tetapi juga mempelajari berbagai jenis koneksi fase (segitiga dan bintang), kemungkinan menggunakan tegangan yang berbeda. Dialah yang menemukan rheostat awal, transformator tiga fase, mengembangkan diagram koneksi motor dan generator.

Fitur motor AC, kelebihan dan kekurangannya

Saat ini, motor listrik adalah salah satu jenis pembangkit listrik yang paling umum, dan ada banyak alasan untuk ini. Mereka memiliki efisiensi tinggi sekitar 90%, dan kadang-kadang bahkan lebih tinggi, biaya yang cukup rendah dan desain yang sederhana, mereka tidak memancarkan zat berbahaya selama operasi, memungkinkan untuk mengubah kecepatan dengan mulus selama operasi tanpa menggunakan mekanisme tambahan seperti itu sebagai gearbox, mereka andal dan tahan lama.

Di antara kekurangan dari semua jenis motor listrik adalah kurangnya baterai listrik berkapasitas tinggi untuk pengoperasian otonom.

Perbedaan utama antara motor AC dan kerabat terdekatnya, motor DC, adalah bahwa yang pertama ditenagai oleh arus bolak-balik. Jika kita membandingkannya Kegunaan, yang pertama kurang bertenaga, sulit baginya untuk mengatur kecepatan dalam jangkauan yang luas, efisiensinya lebih rendah.

Jika kita membandingkan motor AC asinkron dan sinkron, maka yang pertama memiliki desain yang lebih sederhana dan tidak memiliki "tautan lemah" - sikat grafit. Mereka biasanya yang pertama gagal ketika motor sinkron rusak. Pada saat yang sama, sulit untuk mendapatkan dan mengatur kecepatan konstan, yang bergantung pada beban. Motor sinkron memungkinkan Anda menyesuaikan kecepatan putaran menggunakan rheostat.

Lingkup aplikasi

Motor AC banyak digunakan di hampir semua bidang. Mereka dilengkapi dengan pembangkit listrik, digunakan dalam mobil dan teknik mesin, juga dalam peralatan rumah tangga. Kesederhanaan desain, keandalan, daya tahan, dan efisiensi tinggi membuatnya hampir universal.

Motor asinkron telah menemukan aplikasi dalam sistem penggerak berbagai peralatan mesin, mesin, sentrifugal, kipas, kompresor, serta peralatan Rumah Tangga. Motor asinkron tiga fase adalah yang paling umum dan laris. Motor sinkron digunakan tidak hanya sebagai unit daya, tetapi juga sebagai generator, serta untuk menggerakkan instalasi besar di mana kontrol kecepatan penting.

Skema menghubungkan motor listrik ke jaringan

Motor AC adalah tiga dan fase tunggal.
Motor fase tunggal asinkron memiliki 2 keluaran pada rumahan dan tidak sulit untuk menghubungkannya ke jaringan. Karena seluruh jaringan listrik rumah tangga terutama 220V fase tunggal dan memiliki 2 kabel - fase dan nol. Dengan yang sinkron, semuanya jauh lebih menarik, mereka juga dapat dihubungkan menggunakan 2 kabel, cukup menghubungkan belitan rotor dan stator. Tetapi mereka harus dihubungkan sehingga belitan magnetisasi kutub tunggal rotor dan stator terletak saling berhadapan.
Kesulitan disajikan oleh motor untuk jaringan 3 fase. Nah, pertama, motor seperti itu terutama memiliki 6 terminal di kotak terminal, dan ini berarti belitan motor harus dihubungkan sendiri, dan kedua, belitannya dapat dihubungkan dengan cara yang berbeda - seperti "bintang" dan "segitiga ”. Di bawah ini adalah gambar sambungan terminal di kotak terminal, tergantung pada jenis sambungan belitan.

Menghubungkan motor yang sama dengan cara yang berbeda dalam satu dan sama jaringan listrik akan menghasilkan konsumsi daya yang berbeda. Pada saat yang sama, tidak koneksi yang benar motor, dapat menyebabkan melelehnya belitan stator.

Biasanya, motor asinkron dirancang untuk disertakan jaringan tiga fase untuk dua tegangan yang berbeda, yang berbeda dengan faktor. Misalnya, motor dirancang untuk dihubungkan ke jaringan pada tegangan 380/660 V. Jika tegangan saluran 660 V, belitan stator harus dihubungkan dengan bintang, dan jika 380 V, maka dengan segitiga. Dalam kedua kasus, tegangan pada belitan setiap fase akan menjadi 380 V. Kesimpulan dari belitan fase ditempatkan pada panel sedemikian rupa sehingga akan lebih mudah untuk menghubungkan belitan fase melalui jumper, tanpa melewati yang terakhir. . Di beberapa motor berdaya rendah, hanya ada tiga klem di kotak terminal. Dalam hal ini, motor dapat dihubungkan ke jaringan untuk satu voltase (sambungan belitan stator motor semacam itu dengan bintang atau delta dibuat di dalam motor).

Diagram skematis dari inklusi dalam jaringan tiga fase motor asinkron dengan rotor fase ditunjukkan pada gambar. Belitan rotor motor ini terhubung ke rheostat awal YR, yang menciptakan resistansi R tambahan di sirkuit rotor.

Motor listrik adalah perangkat yang prinsip operasinya adalah konversi energi listrik menjadi energi mekanik. Transformasi semacam itu digunakan untuk meluncurkan semua jenis peralatan, dari peralatan kerja paling sederhana hingga mobil. Namun, dengan segala kegunaan dan produktivitas dari transformasi energi semacam itu, ada sedikit perbedaan dalam sifat ini. efek samping, yang memanifestasikan dirinya dalam peningkatan pembangkitan panas. Itu sebabnya motor listrik dilengkapi dengan peralatan tambahan yang dapat mendinginkannya dan membuatnya bekerja dengan lancar.

Prinsip pengoperasian motor listrik - elemen fungsional utama

Setiap motor listrik terdiri dari dua elemen utama, salah satunya tetap, elemen seperti itu disebut stator. Elemen kedua dapat digerakkan, bagian mesin ini disebut rotor. Rotor motor listrik dapat dibuat dalam dua versi, yaitu dapat dihubung pendek dan dengan belitan. Meskipun jenis yang terakhir cukup langka saat ini, karena perangkat seperti .

Prinsip pengoperasian motor listrik didasarkan pada tahapan kerja berikut. Selama inklusi dalam jaringan, medan magnet yang dihasilkan mulai berputar di stator. Ini bekerja pada belitan stator, di mana arus tipe induksi muncul. Menurut hukum Ampere, arus mulai bekerja pada rotor, yang, di bawah aksi ini, mulai berputar. Secara langsung, kecepatan rotor secara langsung bergantung pada gaya aksi yang muncul saat ini, serta pada berapa banyak kutub yang terjadi.

Prinsip pengoperasian motor listrik - varietas dan tipe

Saat ini, yang paling umum adalah mesin bertipe magnetoelektrik. Ada jenis motor listrik lain, yang disebut histeresis, tetapi tidak umum. Jenis motor listrik yang pertama yaitu jenis magnetoelektrik dapat dibagi lagi menjadi dua subtipe lagi yaitu motor DC dan motor AC.

Motor jenis pertama menjalankan pekerjaannya dari arus searah, motor listrik jenis ini digunakan saat diperlukan untuk menyesuaikan kecepatan. Penyesuaian ini dilakukan dengan mengubah tegangan di armature. Namun, sekarang ada banyak pilihan konverter frekuensi yang berbeda, sehingga motor seperti itu semakin jarang digunakan.

Motor AC, masing-masing, beroperasi melalui aksi tipe arus bolak-balik. Ini juga memiliki klasifikasi sendiri, dan motor dibagi menjadi sinkron dan asinkron. Perbedaan utama mereka adalah perbedaan rotasi elemen yang diperlukan, secara sinkron, harmonik penggerak magnet bergerak dengan kecepatan yang sama dengan rotor. Sebaliknya, arus muncul karena perbedaan kecepatan pergerakan elemen magnet dan rotor.

Karena karakteristik dan prinsip operasinya yang unik, motor listrik jauh lebih umum saat ini daripada, katakanlah, mesin pembakaran internal, karena memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan motor tersebut. Sehingga efisiensi motor listrik sangat tinggi, dan bisa mencapai hampir 98%. Motornya juga beda. kualitas tinggi dan umur kerja yang sangat panjang, tidak menimbulkan banyak kebisingan, dan praktis tidak bergetar selama pengoperasian. Keuntungan besar dari jenis mesin ini adalah tidak membutuhkan bahan bakar dan akibatnya tidak mengeluarkan polutan apa pun ke atmosfer. Selain itu, penggunaannya jauh lebih irit dibandingkan mesin pembakaran dalam.

Motor listrik adalah perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Prinsip operasi mereka didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik.

Namun, metode interaksi medan magnet yang membuat rotor motor berputar sangat berbeda tergantung pada jenis tegangan suplai - AC atau DC.

Prinsip pengoperasian motor listrik DC didasarkan pada efek tolakan dari kutub yang sama dari magnet permanen dan tarikan dari kutub yang berlawanan. Prioritas penemuannya adalah milik insinyur Rusia B. S. Jacobi. Model industri pertama motor DC dibuat pada tahun 1838. Sejak itu, desainnya tidak mengalami perubahan besar.

Pada motor DC berdaya rendah, salah satu magnet hadir secara fisik. Itu terpasang langsung ke badan mesin. Yang kedua dibuat di belitan angker setelah sumber DC dihubungkan dengannya. Untuk ini, perangkat khusus digunakan - rakitan kolektor-sikat. Kolektor itu sendiri adalah cincin konduktif yang terpasang pada poros motor. Ujung belitan angker terhubung dengannya.

Agar torsi terjadi, perlu untuk terus menukar kutub magnet permanen angker. Ini harus terjadi pada saat kutub melintasi apa yang disebut netral magnet. Secara struktural, masalah ini diselesaikan dengan membagi cincin kolektor menjadi sektor-sektor yang dipisahkan oleh pelat dielektrik. Ujung belitan angker terhubung secara bergantian.

Untuk menghubungkan kolektor ke listrik, yang disebut sikat digunakan - batang grafit dengan konduktivitas listrik yang tinggi dan koefisien gesekan geser yang rendah.

Belitan jangkar tidak terhubung ke sumber listrik, tetapi terhubung ke rheostat awal melalui rakitan sikat kolektor. Proses menyalakan mesin seperti itu terdiri dari menghubungkan ke listrik dan secara bertahap mengurangi resistansi aktif di sirkuit angker menjadi nol. Motor listrik menyala dengan lancar dan tanpa beban berlebih.

Fitur penggunaan motor asinkron dalam sirkuit fase tunggal

Terlepas dari kenyataan bahwa medan magnet putar stator paling mudah diperoleh dari tegangan tiga fasa, prinsip pengoperasian motor listrik asinkron memungkinkannya bekerja dari jaringan rumah tangga satu fasa, jika beberapa perubahan dilakukan pada desain mereka.

Untuk melakukan ini, stator harus memiliki dua belitan, salah satunya adalah "starter". Arus di dalamnya digeser dalam fase sebesar 90 ° karena masuknya beban reaktif di sirkuit. Paling sering untuk ini

Sinkronisasi medan magnet yang hampir lengkap memungkinkan mesin untuk mendapatkan momentum bahkan dengan beban yang signifikan pada poros, yang diperlukan untuk pengoperasian bor, palu putar, penyedot debu, penggiling atau pemoles.

Jika yang dapat disesuaikan disertakan dalam rangkaian suplai mesin semacam itu, maka kecepatan putarannya dapat diubah dengan mulus. Tapi arahnya, saat ditenagai oleh rangkaian arus bolak-balik, tidak akan pernah bisa diubah.

Motor listrik semacam itu mampu mengembangkan kecepatan sangat tinggi, kompak, dan memiliki torsi besar. Namun, keberadaan rakitan sikat kolektor mengurangi sumber daya motornya - sikat grafit cepat aus pada kecepatan tinggi, terutama jika kolektor mengalami kerusakan mekanis.

Motor listrik memiliki efisiensi tertinggi (lebih dari 80%) dari semua perangkat yang dibuat oleh manusia. Penemuan mereka pada akhir abad ke-19 dapat dianggap sebagai lompatan kualitatif dalam peradaban, karena tanpa mereka tidak mungkin membayangkan hidup. masyarakat modern berdasarkan teknologi tinggi, dan sesuatu yang lebih efektif belum ditemukan.

Prinsip operasi motor listrik sinkron pada video

Motor listrik adalah sistem teknis di mana energi listrik diubah menjadi energi. tipe mekanis. Pengoperasian mesin semacam itu didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik. Perangkat mengasumsikan adanya elemen tetap di dalamnya - stator, serta bagian yang bergerak, yang disebut angker atau rotor.

Pada motor listrik tradisional, stator merupakan bagian luar dari struktur. Elemen ini membentuk medan magnet stasioner. Rotor bergerak ditempatkan di dalam stator. Ini terdiri dari magnet permanen, inti dengan belitan, kolektor dan sikat. Arus listrik mengalir melalui belitan, biasanya terdiri dari banyak lilitan kawat tembaga.

Saat bekerja, terhubung ke sumber energi, bidang stator dan rotor berinteraksi. Torsi muncul. Ini membuat rotor motor listrik bergerak. Dengan demikian, listrik yang disuplai ke belitan diubah menjadi energi gerakan berputar. Rotasi poros motor ditransmisikan ke benda kerja sistem teknis, yang meliputi mesin.

Fitur motor listrik

Motor listrik adalah salah satu jenis mesin listrik, yang juga termasuk dan. Karena sifat reversibilitas, motor listrik, jika perlu, mampu menjalankan fungsi generator. Transisi sebaliknya juga dimungkinkan. Namun paling sering, setiap mesin listrik dirancang semata-mata untuk menjalankan fungsi yang sangat spesifik. Dengan kata lain, motor listrik akan bekerja paling efisien dalam kapasitas ini.

Konversi listrik menjadi energi putaran mekanis pada mesin tentu terkait dengan kehilangan energi. Alasan fenomena ini adalah pemanasan konduktor, magnetisasi inti, gaya gesekan berbahaya yang terjadi bahkan saat menggunakan bantalan. Koefisien motor listrik dipengaruhi bahkan oleh gesekan bagian yang bergerak terhadap udara. Namun dalam yang paling sempurna efisiensi mesin cukup tinggi dan dapat mencapai 90%.

Memiliki sejumlah keunggulan yang tak terbantahkan, mesin yang berjalan telah menyebar luas di industri dan dalam kehidupan sehari-hari. Keuntungan utama dari mesin semacam itu adalah kemudahan penggunaan dan kinerjanya yang tinggi. Motor listrik tidak mengeluarkan emisi berbahaya ke atmosfir, sehingga penggunaannya pada mobil sangat menjanjikan.