Elektromotora darbības princips un ierīce

Jebkurš elektromotors ir paredzēts mehānisku darbu veikšanai, pateicoties tam pievadītās elektroenerģijas patēriņam, kas parasti tiek pārveidots par rotācijas kustību. Lai gan tehnoloģijā ir modeļi, kas nekavējoties rada darba ķermeņa translācijas kustību. Tos sauc par lineārajiem motoriem.

Rūpnieciskajās iekārtās elektromotori darbina dažādas metāla griešanas mašīnas un mehāniskās ierīces, kas iesaistītas tehnoloģiskajā ražošanas procesā.

Sadzīves tehnikas iekšpusē elektromotori darbina veļas mazgājamās mašīnas, putekļu sūcējus, datorus, fēnus, bērnu rotaļlietas, pulksteņus un daudzas citas ierīces.

Fizikālie pamatprocesi un darbības princips

Pārvietojoties iekšā magnētiskais lauks elektriskajiem lādiņiem, ko sauc par elektriskajām strāvām, vienmēr ir mehānisks spēks, kas mēdz novirzīt to virzienu plaknē, kas ir perpendikulāra magnētiskā lauka līniju orientācijai.Kad elektriskā strāva iet caur metāla vadu vai no tā izgatavotu spoli, šim spēkam ir tendence pārvietot/pagriezt katru strāvu nesošo vadu un visu spoli kopumā.

Zemāk esošajā fotoattēlā ir redzams metāla rāmis, caur kuru plūst strāva. Tam pielikts magnētiskais lauks katram rāmja zaram rada spēku F, kas rada rotācijas kustību.

Šī elektriskās un magnētiskās enerģijas mijiedarbības īpašība, kuras pamatā ir elektromotora spēka radīšana slēgtā vadošā lokā, tiek nodota ekspluatācijā katram elektromotoram. Tās dizains ietver:

• spole, caur kuru plūst elektriskā strāva. Tas ir novietots uz īpašas enkura serdes un fiksēts rotējošajos gultņos, lai samazinātu pretestību berzes spēkiem. Šo dizainu sauc par rotoru;

• stators, kas rada magnētisko lauku, kas ar savām spēka līnijām iekļūst elektriskajos lādiņos, kas iet gar rotora tinuma pagriezieniem;

• korpuss statora novietošanai. Korpusa iekšpusē ir izgatavoti speciāli sēdekļi, kuru iekšpusē ir uzstādīti rotora gultņu ārējie korpusi.

Vienkāršākā elektromotora vienkāršoto dizainu var attēlot ar šādas formas attēlu.

Rotoram griežoties, rodas griezes moments, kura jauda ir atkarīga no ierīces vispārējās konstrukcijas, pielietotās elektriskās enerģijas daudzuma un tās zudumiem pārveidošanas laikā.

Motora maksimālās iespējamās griezes momenta jaudas lielums vienmēr ir mazāks par tam pievadīto elektrisko enerģiju. To raksturo efektivitātes vērtība.

Elektromotoru veidi

Atkarībā no strāvas veida, kas plūst caur spolēm, tos iedala līdzstrāvas vai maiņstrāvas motoros.Katrai no šīm divām grupām ir liels skaits modifikāciju, izmantojot dažādus tehnoloģiskos procesus.

Līdzstrāvas motori

Viņiem ir statora magnētiskais lauks, ko rada stacionārs fiksēts pastāvīgie magnēti vai speciāli elektromagnēti ar ierosmes spolēm. Armatūras spole ir stingri nostiprināta vārpstā, kas ir nostiprināta gultņos un var brīvi griezties ap savu asi.

Šāda dzinēja pamatstruktūra ir parādīta attēlā.

Uz armatūras serdes, kas izgatavota no feromagnētiskiem materiāliem, atrodas spole, kas sastāv no divām virknē savienotām daļām, kuras vienā galā savienotas ar vadošajām kolektora plāksnēm, bet otrā savienotas viena ar otru. Divas grafīta birstes atrodas diametrāli pretējos armatūras galos un ir nospiestas pret kolektora plākšņu kontaktu paliktņiem.

Pozitīvs līdzstrāvas avota potenciāls tiek piemērots apakšējai raksta birstei un negatīvs potenciāls augšējai. Caur spoli plūstošās strāvas virzienu norāda ar pārtrauktu sarkanu bultiņu.

Strāvas dēļ magnētiskajam laukam ziemeļpols atrodas armatūras apakšējā kreisajā stūrī un dienvidu pols armatūras augšējā labajā stūrī (ģimenes noteikums). Rezultātā rotora stabi tiek atgrūsti no tāda paša nosaukuma stacionārajiem stabiem un tiek piesaistīti statora pretējiem poliem. Pieliktā spēka rezultātā notiek rotācijas kustība, kuras virzienu norāda brūna bultiņa.

Armatūrai tālāk griežot pēc inerces, stabi tiek pārnesti uz citām kolektora plāksnēm. Strāvas virziens tajās ir pretējs. Rotors turpina griezties tālāk.

Šādas kolektora ierīces vienkāršā konstrukcija rada lielus elektroenerģijas zudumus.Šādi motori darbojas vienkāršas konstrukcijas ierīcēs vai rotaļlietās bērniem.

Ražošanas procesā iesaistītajiem līdzstrāvas elektromotoriem ir sarežģītāka konstrukcija:

• spole ir sadalīta nevis divās, bet vairākās daļās;

• katra spoles daļa ir uzstādīta uz sava staba;

• kolektora ierīce ir izgatavota ar noteiktu skaitu kontaktu paliktņu atbilstoši tinumu skaitam.

Rezultātā tiek izveidots vienmērīgs katra pola savienojums caur tā kontaktplāksnēm ar sukām un strāvas avotu un tiek samazināti enerģijas zudumi.

Šāda enkura ierīce ir parādīta fotoattēlā.

Līdzstrāvas motoros rotora griešanās virzienu var mainīt. Lai to izdarītu, ir pietiekami mainīt strāvas kustību spolē uz pretējo, mainot polaritāti pie avota.

Maiņstrāvas motori

Tie atšķiras no iepriekšējiem dizainiem ar to, ka elektriskā strāva, kas plūst to spolē, ir aprakstīta ar sinusoidālās harmonikas likumsperiodiski mainot tā virzienu (zīme). Lai tos darbinātu, spriegums tiek piegādāts no ģeneratoriem ar mainīgām zīmēm.

Šādu motoru statoru veic magnētiskā ķēde. Tas ir izgatavots no feromagnētiskām plāksnēm ar rievām, kurās ir ievietoti spoles pagriezieni ar rāmja (spoles) konfigurāciju.

Sinhronie elektromotori

Zemāk esošajā fotoattēlā parādīts vienfāzes maiņstrāvas motora darbības princips ar sinhronu rotora un statora elektromagnētisko lauku rotāciju.

Statora magnētiskās ķēdes rievās diametrāli pretējos galos ir novietoti tinumu vadi, kas shematiski parādīti rāmja formā, caur kuru plūst maiņstrāva.

Apskatīsim gadījumu, kad laika moments atbilst tā pusviļņa pozitīvās daļas pārejai.

Gultņu šūnās brīvi griežas rotors ar iebūvētu pastāvīgo magnētu, kurā skaidri iezīmējas pola ziemeļu «N ietece» un dienvidu «S ietece». Caur statora tinumu plūstot pozitīvam strāvas pusviļņam, tajā veidojas magnētiskais lauks ar poliem «S st» un «N st».

Mijiedarbības spēki rodas starp rotora un statora magnētiskajiem laukiem (poliem atgrūžot un atšķirībā no poliem pievelkot), kas mēdz pagriezt motora enkuru no jebkura stāvokļa galējā stāvoklī, kad pretējie poli atrodas pēc iespējas tuvāk viens otram. cits.

Ja ņemam vērā to pašu gadījumu, bet uz brīdi, kad pretējais - caur rāmja vadu iet negatīvs strāvas pusvilnis, tad armatūras griešanās notiks pretējā virzienā.

Lai nodrošinātu nepārtrauktu rotora kustību statorā, tiek izgatavots nevis viens tinuma rāmis, bet noteikts to skaits, ņemot vērā, ka katru no tiem darbina atsevišķs strāvas avots.

Trīsfāzu maiņstrāvas motora ar sinhrono rotāciju darbības princips, rotora un statora elektromagnētiskie lauki ir parādīti nākamajā attēlā.

Šajā konstrukcijā statora magnētiskajā ķēdē ir uzstādītas trīs spoles A, B un C, kas ir nobīdītas ar 120 grādu leņķi viens pret otru. Spole A ir atzīmēta dzeltenā krāsā, B ir zaļa un C ir sarkana. Katra spole ir izgatavota ar tādiem pašiem rāmjiem kā iepriekšējā gadījumā.

Attēlā jebkurā gadījumā strāva plūst tikai caur vienu spoli virzienā uz priekšu vai atpakaļ, ko norāda ar zīmēm «+» un «-«.

Pozitīvajam pusviļņam izejot cauri fāzei A virzienā uz priekšu, rotora lauka ass ieņem horizontālu stāvokli, jo statora magnētiskie stabi veidojas šajā plaknē un piesaista kustīgo armatūru. Rotora pretējie poli mēdz tuvoties statora poliem.

Kad pozitīvais pusvilnis nonāk C fāzē, armatūra griezīsies par 60 grādiem pulksteņrādītāja virzienā. Kad strāva tiek pievadīta fāzei B, notiks līdzīga armatūras rotācija. Katra nākamā strāvas plūsma nākamā tinuma nākamajā fāzē griezīs rotoru.

Ja katram tinumam tiek pielikts trīsfāzu tīkla spriegums, kas nobīdīts par 120 grādu leņķi, tad tajos cirkulēs maiņstrāvas, kas griezīs armatūru un veidos tās sinhrono rotāciju ar pielietoto elektromagnētisko lauku.

Tāda pati mehāniskā konstrukcija veiksmīgi izmantota trīsfāzu pakāpju motorā... Tikai katrā tinumā ar vadības palīdzību īpašs kontrolieris (pakāpju motora vadītājs) Pastāvīgi impulsi tiek pielietoti un noņemti saskaņā ar iepriekš aprakstīto algoritmu.

To palaišana uzsāk rotācijas kustību, un to izbeigšana noteiktā brīdī nodrošina izmērītu vārpstas griešanos un apstāšanos ieprogrammētā leņķī noteiktu tehnoloģisko darbību veikšanai.

Abās aprakstītajās trīsfāzu sistēmās ir iespējams mainīt armatūras griešanās virzienu. Lai to izdarītu, jums vienkārši jāmaina fāžu secība «A» — «B» — «C» uz citu, piemēram, «A» — «C» — «B».

Rotora ātrumu regulē perioda T ilgums. Tā samazināšana noved pie griešanās paātrinājuma.Strāvas amplitūdas lielums fāzē ir atkarīgs no tinuma iekšējās pretestības un tam pieliktā sprieguma vērtības. Tas nosaka elektromotora griezes momentu un jaudu.

Asinhronie motori

Šīm motoru konstrukcijām ir tāda pati statora magnētiskā ķēde ar tinumiem kā iepriekš apspriestajos vienfāzes un trīsfāžu modeļos. Viņi savu nosaukumu ieguvuši no armatūras un statora elektromagnētisko lauku asinhronās rotācijas. Tas tiek darīts, uzlabojot rotora konfigurāciju.

Tās kodols ir izgatavots no rievotām elektrotērauda plāksnēm. Tie ir aprīkoti ar alumīnija vai vara strāvas vadītājiem, kas armatūras galos ir noslēgti ar vadošiem gredzeniem.

Pieliekot spriegumu statora tinumiem, rotora tinumā ar elektromotora spēku tiek inducēta elektriskā strāva un tiek izveidots armatūras magnētiskais lauks. Kad šie elektromagnētiskie lauki mijiedarbojas, motora vārpsta sāk griezties.

Ar šo konstrukciju rotora kustība ir iespējama tikai pēc rotējoša elektromagnētiskā lauka rašanās statorā, un tā turpinās ar to asinhronā darbības režīmā.

Asinhronie motori pēc konstrukcijas ir vienkāršāki, tāpēc tie ir lētāki un tiek plaši izmantoti rūpnieciskajās iekārtās un sadzīves tehnikā.

ABB sprādziendrošs elektromotors

Lineārie motori

Daudzi rūpniecisko mehānismu darba korpusi veic abpusēji vai translācijas kustību vienā plaknē, kas nepieciešama metālapstrādes mašīnu, transportlīdzekļu darbībai, āmura sitieniem, dzenot pāļus ...

Šāda darba korpusa pārvietošana ar pārnesumkārbu, lodveida skrūvju, siksnu piedziņas un līdzīgu mehānisku ierīču palīdzību no rotējoša elektromotora apgrūtina konstrukciju. Mūsdienu tehniskais risinājums šai problēmai ir lineārā elektromotora darbība.

Tā stators un rotors ir izstiepti sloksņu veidā, nevis tīti gredzenos, kā tas ir rotācijas elektromotoros.

Darbības princips ir nodrošināt sliedes rotoru turp un atpakaļ lineāru kustību, ko rada elektromagnētiskās enerģijas pārnešana no stacionāra statora ar noteikta garuma atvērtu magnētisko ķēdi. Tā iekšpusē tiek izveidots darba magnētiskais lauks, secīgi ieslēdzot strāvu.

Tas iedarbojas uz armatūras tinumu ar kolektoru. Spēki, kas rodas šādā motorā, pārvieto rotoru tikai lineārā virzienā pa virzošiem elementiem.

Lineārie motori ir paredzēti darbam ar līdzstrāvu vai maiņstrāvu un var darboties sinhronā vai asinhronā režīmā.

Lineāro motoru trūkumi ir:

• tehnoloģijas sarežģītība;

• augsta cena;

• zema energoefektivitāte.