Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрические двигатели переменного тока принцип работы и устройство

Устройство электродвигателей переменного тока

При помощи электродвигателей переменного тока происходит конвертация электроэнергии в механическую. Бывают моторы переменного и постоянного тока. У них есть много отличий, особенно в конструкции. В промышленности большое распространение получили электродвигатели, работающие на переменном токе. Их можно встретить как в бытовых приборах, так и в промышленности. Они встречаются везде — в стиральных машинах, автомобилях, перфораторах, болгарках, производственных станках.

Конструкция и принцип работы электродвигателя любого типа

Устройство и принцип действия любого электродвигателя достаточно просты и основаны на взаимодействии магнитных полей, которые создаются в неподвижной части электромотора или статора и в его подвижной части, размещенной на валу или ротора. Как правило, это классическая схема построения любого электромотора, хотя в технике встречаются и решения с вращающимся статором, однако сам принцип работы двигателя это не меняет.

Для создания магнитных полей, которые отталкиваются друг от другом, в результате чего приводится во вращение вал электромотора, могут использоваться:

  • постоянные магниты;
  • электромагниты постоянного тока;
  • электромагниты переменного тока;
  • электромагниты, магнитные поля в которых возникают за счет наведенных вихревых токов.

В любом случае каким бы ни был тип электродвигателя, одна система магнитных полей создается обязательно с помощью электромагнита либо обе системы полей ротора и статора создаются прохождением через их обмотки электрического тока.

В общем случае конструкция любого электромотора состоит из таких элементов:

  • корпуса, который служит основой для установки статора и ротора, а также имеет элементы для крепления моторов в устройстве, элементы коммутации для подключения электропитания, ребра охлаждения и другие элементы, решающие определенное конструктивные задачи;
  • магнитный или электромагнитный статор, который в большинстве промышленных решений представляет собой несколько катушек индуктивности соединенных по определенной схеме;
  • вала электродвигателя, размещенного в корпусе на подшипниках разного типа;
  • размещенный на валу ротора, который представляет собой систему электромагнитных катушек. В зависимости от типа электромотора она может иметь собственное электропитание, а может создавать электромагнитное поле за счет наведенных вихревых токов;
  • системы подключения электропитания к ротору. При наличии такой системы питания узел подключения катушек ротора к ней, как правило представляет собой главный элемент ненадежности, требующий периодическое обслуживания. Может представлять собой систему щеточного или кольцевого типа в зависимости от типа и назначения электромотора.

Именно конструктивные особенности, а также тип питания электродвигателя определяют его основные характеристики, особенности, преимущества и недостатки и основную область применением электромотора.

Основные типы электродвигателей

Существуют различные типы и модификации электрических двигателей, отличающихся типом питания, напряжением, пределом мощности, количеством оборотов в минуту. Они могут быть с фазным или с короткозамкнутым ротором. Эти показатели считаются основными, однако во многих случаях особое значение придается размерам и массе, а также энергетическим показателям.

Классификация основных типов электродвигателей выглядит следующим образом:

  • Электродвигатели постоянного тока. Устанавливаются в электроприводах с возможностью регулировок, где требуются высокие эксплуатационные и динамические показатели. Они обеспечивают максимально равномерное вращение и обладают способностью к перезагрузке. Чаще всего устанавливаются на всех видах транспорта, работающих от электрического тока.
  • Агрегаты переменного тока трёхфазные. Получили более широкое применение в сравнении с прочими устройствами. Они обладают более простой конструкцией, несложные в эксплуатации, надежны и дешевы в производстве. Представители этого типа двигателей используется практически во всей бытовой технике, а также в промышленности, сельском хозяйстве и других областях.
  • Синхронный двигатель. Ротор совершает обороты с такой же самой частотой, какая имеется у магнитного поля, образованного в воздушной прослойке. Синхронные моторы функционируют на постоянной и стабильной скорости, поэтому они устанавливаются в вентиляционном и насосном оборудовании, компрессорных установках и генераторах, вырабатывающих постоянный ток.
  • Асинхронный электродвигатель в том числе и с короткозамкнутым ротором. Вращение ротора и магнитного поля происходит с различными частотами. Их конструкция предусматривает использование фазного или короткозамкнутого ротора.
  • Серводвигатели. Считаются наиболее высокотехнологичными устройствами, работающими на постоянном токе. В основе их функционирования лежат отрицательные обратные связи. Вращение вала регулируется через компьютер, а мощности вполне достаточно для развития нужной скорости.
  • Электрические моторы шагового типа. Принцип действия состоит в преобразовании электронных импульсов в дискретное (прерывистое) движение. Нашли широкое применение в компьютерах и прочей оргтехнике. Несмотря на малые размеры, обладают высокой продуктивностью.

Принцип работы электродвигателей

Электродвигатель является одним из ключевых изобретений человечества. Именно благодаря электрическим моторам нам удалось добиться такого высокого развития нашей цивилизации. Основные принципы работы этого устройства изучаются уже в школе. Современный электродвигатель может выполнять множеств различных задач. В основе его работы лежит передача вращения электроприводного вала на другие виды движения. В этой статье мы подробно рассмотрим, как работает это устройство.

Характеристики электродвигателей

Электромотор, по сути, представляет собой прибор, при помощи которого электрическая энергия переходит в механическую. В основе этого явления лежит магнетизм. Соответственно, в конструкцию электродвигателя входят постоянные магниты и электрические магниты, а также различные другие материалы, обладающие притягивающими свойствами. Сегодня этот прибор используется практически повсеместно. Например, электромотор является ключевой деталью часов, стиральных машин, кондиционеров, миксеров, фенов, вентиляторов, кондиционеров и других бытовых приборов. Вариантов использования электродвигателя в промышленности бесчисленное множество. Их размеры тоже варьируются от головки спички до двигателя на поездах.

Читать еще:  Что будет если уровень масла в двигателе минимум

Виды электромоторов

В настоящее время производится множество разновидностей электромоторов, которые разделяются по типу конструкции и электропитания.

По принципу электропитания все модели можно разделить на:

  1. устройства переменного тока, которые в качестве питания используют электросеть;
  2. приборы постоянного тока, работающие от блоков питания, пальчиковых батареек, аккумуляторов и других подобных источников.

По механизму работы все электродвигатели разделяются на:

  1. синхронные, имеющие роторные обмотки и щеточный механизм, использующийся для подачи на обмотки электрического тока;
  2. асинхронные, отличающиеся более простой конструкцией без щеток и роторных обмоток.

Принцип работы этих электромоторов существенно отличается. Синхронный двигатель вращается с той же скоростью, что и магнитное поле, которое его вращает. В то же время, асинхронный мотор вращается с меньшей скоростью, чем электромагнитное поле.

Классы электродвигателей (различаются в зависимости от используемого тока):

  • класс AC (Alternating Current) — работает от переменного источника тока;
  • класс DC (Direct Current) — использует для работы постоянный ток;
  • универсальный класс, который может использовать для работы любой источник тока.

Кроме того, электрические двигатели могут отличаться не только по типу конструкции, но и также по способам контроля скорости вращений. При этом, во всех устройствах независимо от типа используется один и тот же принцип преобразования электрической энергии в механическую.

Принцип работы агрегата на постоянном токе

Этот тип электромотора работает на основе принципа, разработанного Майклом Фарадеем в далеком 1821 году. Его открытие заключается в том, что при взаимодействии электрического импульса с магнитом есть вероятность возникновения постоянного вращения. То есть, если в магнитном поле разметить вертикальную рамку и пропустить по ней электрический ток, то вокруг проводника может возникнуть электромагнитное поле. Оно будет непосредственно контактировать с полюсами магнитов. Получается, что к одному из магнитов рамка будет притягиваться, а от другого отталкиваться. Соответственно, она повернется из вертикального положения в горизонтальное, в котором влияние магнитного поля на проводник будет нулевым. Получается, что для продолжения движения нужно будет дополнить конструкцию еще одной рамкой под углом или же поменять направление тока в первой рамке. В большинстве приборов это достигается за счет двух полуколец, к которым присоединяются контактные пластинки от аккумулятора. Они способствуют быстрому изменению полярности, в результате чего движение продолжается.

Современные электромоторы не имеют постоянных магнитов, так как их место занимаю электрические магниты и катушки индуктивности. То есть, если вы разберете любой такой двигатель, то увидите витки проволоки, покрытые изоляционным составом. По сути, они и представляют собой электромагнит, который еще называется обмоткой возбуждения. Постоянные магниты в конструкции электродвигателей применяются только в небольших детских игрушках, работающих от пальчиковых батареек. Все остальные более мощные электродвигатели оснащаются только электрическими магнитами или же обмотками. При этом, вращающаяся деталь получила название ротор, а статичная — статор.

Как работает асинхронный электромотор

Корпус асинхронного двигателя вмещает в себя обмотки статора, благодаря которым и создается вращающееся поле магнита. Концы для подключения обмоток выводят через специальную клеммную колодку. Охлаждение осуществляется за счет вентилятора, размещенного на вале в торце электрического двигателя. Ротор плотно соединен с валом, изготовленным из металлических стержней. Эти короткозамкнутые стержни замыкаются между собой с обеих сторон. За счет такой конструкции, двигатель не нуждается в периодическом обслуживании, так как здесь нет необходимости время от времени менять токоподающие щетки. Именно поэтому, асинхронные моторы считаются более надежными и долговечными, чем синхронные. В основном причиной поломки асинхронных двигателей является изнашивание подшипников, на которых осуществляется вращение вала.

Для работы асинхронных двигателей необходимо, чтобы вращение ротора осуществлялось медленнее, чем вращение электромагнитного поля статора. Именно за счет этого в роторе и возникает электрический ток. Если бы вращение осуществлялось с одинаковой скоростью, то по закону индукции ЭДС не образовывалось бы, и отсутсвовало вращение в целом. Однако, в настоящей жизни за счет трения подшипников и повышенной нагрузки на вал ротор будет крутиться медленнее. Магнитные полюса регулярно вращаются в обмотках ротора, за счет чего постоянно изменяется направление тока в роторе.

По этому же принципу работает и круговая пила, так как наибольшие обороты она набирает без нагрузки. Когда пила начинает резать доску, ее скорость вращения снижается и одновременно ротор начинает вращаться медленнее по отношению к электромагнитному полю. Соответственно, по законам электротехники в нем начинает возникать еще большая величина ЭДС. После этого возрастает потребляемый мотором ток и он начинает работу на полной мощности. При нагрузке, при которой мотор застопорится, может возникнуть разрушение короткозамкнутого ротора. Это возникает из-за того, что в двигателе возникает максимальная величина ЭДС. Именно поэтому необходимо подбирать электромотор необходимой мощности. Если взять двигатель слишком большой мощности, то это может привести к неоправданным затратам энергии.

Скорость, с которой вращается ротор, в данном случае зависит от количества полюсов. Если в устройстве имеется два полюса, то скорость вращения будет соответствовать скорости вращения магнитного поля. Максимально асинхронный электрический двигатель может развивать до 3 тысяч оборотов в секунду. Частота сети при этом может составлять до 50 Гц. Для уменьшения скорости в два раза вам придется повысить количество полюсов в статоре до 4 и так далее. Единственный недостаток асинхронных моторов — это то, что они могут поддаваться регулировке скорости вращения вала только посредством изменения частоты электрического тока. Кроме того, в асинхронном моторе вы не сможете добиться постоянной частоты вращения вала.

Читать еще:  Что такое максимально крутящий момент на двигатели авто

Как работает синхронный электрический двигатель переменного тока

Синхронный электрический двигатель применяется в тех случаях, когда нужна постоянная скорость вращения и возможность ее быстрой регулировки. Кроме того, синхронный мотор используется там, где нужно добиться скорости вращения более 3 тысяч оборотов, что является пределом для асинхронного двигателя. Поэтому, такой тип электродвигателя преимущество используется в бытовой технике, такой как пылесос, электрический инструментарий, стиральная машина и так далее.

Корпус синхронного мотора переменного тока содержит обмотки, которые наматываются на якорь и ротор. Их контакты припаиваются к секторам токосъемного коллектора и кольца, на которые посредством графитовых щеток подают напряжение. Выводы здесь располагаются так, чтобы щетки всегда подавали напряжения только на одну пару. Из недостатков синхронного мотора можно отметить их меньшую надежность, по сравнению асинхронными двигателями.

Самые частые поломки синхронных двигателей:

  • Преждевременный износ щеток или нарушение их контакта из-за ослабления пружины.
  • Загрязнение коллектора, который чистится при помощи спирта или нулевой наждачной бумаги.
  • Изнашивание подшипников.

Принцип работы синхронного мотора

Вращающий момент в таком электродвигателе создается путем взаимодействия между магнитным полем и током якоря, которые контактируют между собой в обмотке возбуждения. По мере направления переменного тока будет изменяться и направление магнитного потока, что обеспечивает вращение в только в одну сторону. Скорость вращения регулируется путем изменения силы подаваемого напряжения. Изменение скорости напряжения чаще всего используется в пылесосах и дрелях, где для этой цели применяется переменное сопротивление или реостат.

Механизм работы отдельных типов двигателя

Промышленные электродвигатели могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В основе их конструкции лежит статор, который представляет собой электромагнит, создающий магнитное поле. Промышленный электромотор содержит обмотки, которые поочередно подключаются к источнику питания при помощи щеток. Они попеременно поворачивают ротор на определенный угол, что приводит его в движение.

Самый простой электродвигатель для детских игрушек может работать только при помощи постоянного тока. То есть, он может получать ток от пальчиковой батарейки или аккумулятора. Ток при этом проходит по рамке, находящейся между полюсами магнита постоянного типа. Благодаря взаимодействию магнитных полей рамки с магнитом она начинает вращаться. По завершению каждого полуоборота, коллектор переключает контакты в рамке, которые проходят к батарейке. В результате этого рамка совершает вращательные движения.

Таким образом, на сегодняшний день существует большое количество электродвигателей разнообразного предназначения, которые имеют один принцип работы.

Основные особенности

Было бы правильно называть эти устройства электрическими нефазными. Это обусловлено тем, что фазы переключаются здесь непосредственно в двигателе. За счет этого мотор питается постоянным, как и переменным типами тока, с одинаковым успехом. Эта группа делится по способу переключения фаз и присутствию обратной связи. Они бывают вентильными и коллекторными.

Что касается типа возбуждения, коллекторные двигатели подразделяют на модели с самовозбуждением, моторы с независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов. Первый тип, в свою очередь, классифицируется на моторы с последовательным, параллельным, смешанным возбуждением.

Бесколлекторные, или вентильные изделия, работают от электричества. В них переключение фаз происходит посредством специального электроблока, носящего название инвертора. Процесс этот может оснащаться обратной связью, когда пускают в ход датчик положения ротора либо без обратной связи. Такое устройство можно фактически позиционировать, как аналог асинхронного устройства.

Электродвигатель постоянного тока

Принцип действия этих двигателей основан на использования постоянных магнитных полей, создаваемых в корпусе устройства. Для их создания служит либо постоянный магнит, закреплённый на корпусе, либо электромагниты, расположенные по периметру ротора.

Основным отличием двигателей постоянного тока является наличие в их корпусе постоянно действующего магнита, закреплённого на корпусе машины. Мощность электродвигателя зависит от этого магнита, точнее от его поля. Магнитное поле в якоре создаётся при подключении к нему постоянного тока. Но для этого необходимо, чтобы полюса постоянного магнитного поля якоря менялись местами. Для этого используются специальные коллекторно-щёточные устройства. Они устроены в виде кольца-коллектора, зафиксированного на валу движка и подключённого к обмотке якоря. Кольцо разделено на сектора, разделённые диэлектрическими вставками. Соединение сектора коллектора с цепью якоря создаётся через скользящие по нему графитные щетки. Для более плотного контакта щётки прижимаются к кольцу коллектора пружинами. Графит применяется ввиду своей скользящей способности, высокой теплопроводности и мягкости. Его применение практически не вредит проводникам коллектора.

При большой мощности электромоторов постоянного тока использование постоянного магнита неэффективно из-за большого веса такого устройства и низкой мощности создаваемого постоянным магнитом поля. Для создания магнитного поля статора в этом случае используется конструкция из ряда катушечных электромагнитов, подключённых к отрицательной или положительной линии питания. Одноименные полюсы подключаются последовательно, их количество составляет от одного до четырёх, количество щёток соответствует количеству полюсов, но, в общем, конструкция якоря практически идентична вышеописанной.

Читать еще:  Чем отличаются двигатель змз 402 от змз 410

Для упрощения запуска электрического двигателя используют два варианта возбуждения:

  • параллельное, при этом рядом с обмоткой якоря включается независимая регулируемая линия, используется для плавного регулирования оборотов вала;
  • последовательное возбуждение, что говорит о способе подключения дополнительной линии, в этом случае существует возможность резкого наращивания количества оборотов или его снижения.

Нужно отметить, что этот тип моторов имеет регулируемую частоту оборотов, что достаточно часто используется в промышленности и транспорте.

Интересно. В станках используются двигатели с параллельным возбуждением, что позволяет использовать регулировку количества оборотов, в то же время для грузоподъёмного оборудования подходит последовательное возбуждение. Даже эта особенность двигателей поставлена на службу человечеству.

Двигатель постоянного тока

Устройство и принцип работы электродвигателя

Электрические моторы нашли применения не только в промышленной сфере, но и в бытовой. Двигатели асинхронного типа, так же как и синхронные, выделяются таким свойством, как обратимость. Они могут функционировать не только в генераторном режиме, но и в двигательном. Читайте что такое гофра для кабеля и проводов и как выбрать на этой странице.

Устройство простейшего электродвигателя на рисунке

Как работает?

Надо более детально подойди к изучению электрических машин, поэтому рассмотрим принцип действия асинхронного движка:

  • После того как этот электродвигатель будет подключен к сети, его обмотки нужно зафиксировать посредством треугольника.
  • Когда на выводах клеммника маркировки нет, то начало и концевую часть обмотки нужно определить самостоятельно.
  • После включения обмоток движка произойдет образование вращающегося поля движущей части.
  • Подключать двигатель нужно в трехфазную сеть переменного электричества. Поле проникает не только в обмотку неподвижной части, но и в обматываемую часть ротора.
  • Движущееся поле индуцирует электродвижущую силу. В обмотке неподвижной части наводится электродвижущая сила самоиндукции. Ее направленность ориентирована навстречу напряжению, также она играет роль ограничителя тока в обмотке статора.
  • Обмотка движка замыкается накоротко. У двигателей с данным типом ротора под влиянием ЭДС в обмотке появляется ток. Благодаря тому, что ток в обмотке взаимодействует с магнитным полем, создается сила Fэм, являющаяся электромагнитной.

Коллекторные двигатели относятся так же как и асинхронные машины, к двигателям универсального типа.

Чтобы развить высокую частоту вращения, подобным движкам не нужны высокие нагрузки. В системах бытового плана пуск коллекторных моторов чаще всего выполняется под нагрузкой.

Для примера можно рассмотреть вентилятор обычного пылесоса. Те части машины, которые приводятся в движение, обычно фиксируются на вал мотора. Коллекторные универсальные двигатели имеют и некоторые недостатки. Кроме того, что они производят неприятный шум, они могут создавать помехи для различных радиоприборов. Такие моторы требуют особого ухода. Ознакомиться с руководством как выбрать детектор скрытой проводки и как им пользоваться можно здесь.

У коллекторных универсальных машин есть и свои достоинства. В бытовых машинах их используют намного чаще, чем асинхронные моторы. Скорость вращения коллекторных движков может достигать 25 000 оборотов в минуту. Несмотря на это, они выделяются плавной регулировкой скоростных режимов. В этом и заключается их универсальность.

Принцип функционирования коллекторного электромотора состоит в следующем: прямоугольная рамка с осью вращения, являющаяся проводником тока, помещенная меж полюсов электромагнита, непременно начнет двигаться. От того, куда направлен ток в рамке, будет зависеть и курс ее вращения.

От источника электричество может поступать в рамку через контактные щетки или через полукольца. Та часть мотора, которая находится в движении, известна под названием якоря, а статором обозначается надвигающаяся часть. Благодаря контактам в рамке будет переключаться ток через каждые пол-оборота. Она будет всегда двигаться по одному курсу. Смотрите обзор видов светодиодных фитоламп для рассады растений здесь: https://howelektrik.ru/osveshhenie/lampy/svetodiodnye-fitolampy-dlya-rassady-rastenij-obzor-vidov-i-kak-vybrat.html.

Принцип работы разных видов двигателей

На рисунке представлен асинхронный электродвигатель в разрезе

Принцип функционирования электрических моторов будет отличаться в зависимости от типа двигателя. Благодаря электрическим моторам, человек смог достичь такого высокого технологического прогресса. О том, как работает электрический движок постоянного тока, людей учат еще со школы. Практически все машины постоянного тока функционируют за счет магнитного притяжения и обратного процесса – отталкивания.

Двигатель постоянного тока на рисунке

На рисунке показан принцип работы генератора постоянного тока

  • если пустить ток по верхним проводам якоря по курсу «от нас», а в обратном направлении пустить ток по нижним проводам,
  • верхние проводники начнут выталкиваться в правую сторону, а нижние в левую.
  • сила воздействия будет посылаться на провод якоря.
  • благодаря этому процессу якорь начнет проворачиваться.
  • вращающий момент передается на вал мотора, а тот начнет приводить в движение различные механизмы оборудования.

На рисунке изображен простейший двигатель переменного тока

На рисунке представлен принцип работы генератора переменного тока

Принцип работы коллекторного электродвигателя

На схеме представлен принцип работы инверторного двигателя

Видео

Смотрите видео-ролик об электродвигателях:

Постоянно вращение будет одностороннего типа. Чтобы изменить скорость движения, необходимо изменить напряжение. В дрелях или, например, в пылесосах, для регулировки скорости применяется сопротивление переменного типа.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector