Idag är det omöjligt att föreställa sig mänsklig civilisation och högteknologiskt samhälle utan elektricitet. En av de viktigaste enheterna som säkerställer driften av elektriska apparater är motorn. Denna maskin har hittat den bredaste distributionen: från industri (fläktar, krossar, kompressorer) till hushållsbruk (tvättmaskiner, borrar, etc.). Men vad är principen för driften av en elmotor?
Destination
Principen för driften av den elektriska motorn och dess huvudsakliga mål är att överföra den mekaniska energi som krävs för att utföra tekniska processer till arbetskropparna. Motorn själv genererar det på grund av den elektricitet som förbrukas från nätet. I huvudsak är principen för driften av en elmotor att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi. Mängden mekanisk energi som genereras av den under en tidsenhet kallas effekt.
Visningarmotorer
Beroende på matningsnätets egenskaper kan två huvudtyper av motorer urskiljas: på likström och på växelström. De vanligaste DC-maskinerna är motorer med serie, oberoende och blandad magnetisering. Exempel på AC-motorer är synkrona och asynkrona maskiner. Trots den uppenbara mångfalden är enheten och principen för driften av en elektrisk motor för alla ändamål baserade på samverkan mellan en ledare med ström och ett magnetfält, eller en permanentmagnet (ferromagnetiskt objekt) med ett magnetfält.
Current loop - en prototyp av motorn
Huvudpunkten i en sådan fråga som principen för driften av en elmotor kan kallas utseendet på vridmoment. Detta fenomen kan övervägas med exemplet på en ram med en ström, som består av två ledare och en magnet. Ström tillförs ledarna genom kontaktringar, som är fixerade på den roterande ramens axel. I enlighet med den berömda vänsterhandsregeln kommer krafter att verka på ramen, vilket kommer att skapa ett vridmoment runt axeln. Den kommer att rotera moturs under verkan av denna totala kraft. Det är känt att detta rotationsmoment är direkt proportionell mot den magnetiska induktionen (B), strömstyrkan (I), ramarean (S) och beror på vinkeln mellan fältlinjerna och den senares axel. Men under verkan av ett ögonblick som ändras i dess riktning, kommer ramen att svänga. Vad kan göras för att skapa en permanentvägbeskrivning? Det finns två alternativ här:
- ändra riktningen för den elektriska strömmen i ramen och ledarnas läge i förhållande till magnetens poler;
- ändra riktningen på själva fältet, medan ramen roterar i samma riktning.
Det första alternativet används för DC-motorer. Och den andra är principen för AC-motorn.
Ändra strömriktningen i förhållande till magneten
För att ändra rörelseriktningen för laddade partiklar i ramens ledare med ström, behöver du en enhet som skulle ställa in denna riktning beroende på var ledarna befinner sig. Denna design implementeras genom användning av glidkontakter, som tjänar till att mata ström till slingan. När en ring ersätter två, när ramen roterar ett halvt varv, vänds strömriktningen och vridmomentet behåller den. Det är viktigt att notera att en ring är sammansatt av två halvor, som är isolerade från varandra.
DC-maskindesign
Exemplet ovan är arbetsprincipen för en DC-motor. Den riktiga maskinen har naturligtvis en mer komplex design, där dussintals ramar används för att bilda ankarlindningen. Ledarna i denna lindning är placerade i speciella spår i en cylindrisk ferromagnetisk kärna. Lindningarnas ändar är anslutna till isolerade ringar som bildar en kollektor. Lindningen, kommutatorn och kärnan är ett ankare som roterar i lager på själva motorkroppen. Det magnetiska excitationsfältet skapas av polerna hos permanentmagneter, som finns i huset. Lindningen är ansluten till elnätet, och den kan slås på antingen oberoende av ankarkretsen eller i serie. I det första fallet kommer elmotorn att ha oberoende excitation, i det andra - sekventiell. Det finns också en blandad magnetiseringsdesign när två typer av lindningsanslutningar används samtidigt.
Synkronmaskin
Funktionsprincipen för en synkronmotor är att skapa ett roterande magnetfält. Sedan måste du placera ledarna i detta fält som är strömlinjeformade med en konstant ström i riktningen. Funktionsprincipen för en synkronmotor, som har blivit mycket utbredd inom industrin, är baserad på ovanstående exempel med en slinga med ström. Det roterande fältet som skapas av magneten bildas med hjälp av ett system av lindningar som är anslutna till elnätet. Trefaslindningar används vanligtvis, men principen för driften av en enfas växelströmsmotor kommer inte att skilja sig från en trefas, utom kanske i själva antalet faser, vilket inte är signifikant när man överväger designegenskaper. Lindningarna är placerade i statorslitsarna med viss förskjutning runt omkretsen. Detta görs för att skapa ett roterande magnetfält i det bildade luftgapet.
Synchronism
En mycket viktig punkt är den synkrona driften av elmotornovanstående konstruktion. När magnetfältet interagerar med strömmen i rotorlindningen, bildas själva motorrotationsprocessen, som kommer att vara synkron med avseende på rotationen av magnetfältet som bildas på statorn. Synkronismen kommer att bibehållas tills det maximala vridmomentet uppnås, vilket orsakas av motstånd. Om belastningen ökar kan maskinen hamna ur synk.
Induktionsmotor
Funktionsprincipen för en asynkron elektrisk motor är närvaron av ett roterande magnetfält och slutna ramar (konturer) på rotorn - den roterande delen. Magnetfältet bildas på samma sätt som i en synkronmotor - med hjälp av lindningar placerade i statorns spår, som är anslutna till ett växelspänningsnätverk. Rotorlindningarna består av ett dussin stängda ramar och har vanligtvis två typer av utförande: fas och kortslutna. Funktionsprincipen för AC-motorn i båda versionerna är densamma, endast designen ändras. I fallet med en ekorrburrotor (även känd som en ekorrbur) hälls lindningen med smält aluminium i slitsarna. Vid tillverkningen av faslindningen förs ändarna av varje fas ut med hjälp av glidande kontaktringar, eftersom detta gör att ytterligare motstånd kan inkluderas i kretsen, som är nödvändiga för att styra motorns varvtal.
Traktionsmaskin
Funktionsprincipen för traktionsmotorn liknar den för en DC-motor. Från försörjningsnätet tillförs ström till en step-up transformator. Ytterligaretrefas växelström överförs till speciella traktionsstationer. Det finns en likriktare. Den omvandlar AC till DC. Enligt schemat utförs det med en av dess polariteter till kontaktledningarna, den andra - direkt till skenorna. Man måste komma ihåg att många dragmekanismer arbetar med en frekvens som skiljer sig från den etablerade industriella (50 Hz). Därför används en frekvensomformare för en elmotor, vars funktionsprincip är att konvertera frekvenser och styra denna egenskap.
Vid den upphöjda strömavtagaren tillförs spänning till kamrarna där startreostaterna och kontaktorerna finns. Med hjälp av styrenheter kopplas reostaterna till dragmotorer, som sitter på boggiernas axlar. Från dem flödar strömmen genom däcken till rälsen och går sedan tillbaka till traktionstransformatorstationen och fullbordar därmed den elektriska kretsen.
