Principiul de funcționare și dispozitivul motorului electric

Orice motor electric este proiectat pentru a efectua lucrări mecanice datorită consumului de energie electrică aplicat acestuia, care este de obicei transformată în mișcare de rotație. Deși în tehnologie există modele care creează imediat o mișcare de translație a corpului de lucru. Acestea se numesc motoare liniare.

În instalațiile industriale, motoarele electrice antrenează diverse mașini de tăiat metal și dispozitive mecanice implicate în procesul de producție tehnologic.

În interiorul aparatelor de uz casnic, motoarele electrice rulează mașini de spălat, aspiratoare, computere, uscătoare de păr, jucării pentru copii, ceasuri și multe alte dispozitive.

Procese fizice de bază și principiu de acțiune

La mutarea înăuntru camp magnetic sarcinile electrice, care se numesc curenți electrici, au întotdeauna o forță mecanică care tinde să-și devieze direcția într-un plan perpendicular pe orientarea liniilor câmpului magnetic.Atunci când un curent electric trece printr-un fir metalic sau o bobină făcută din acesta, această forță tinde să miște/roteze fiecare fir purtător de curent și întreaga bobină în ansamblu.

Fotografia de mai jos arată un cadru metalic cu curent care curge prin el. Un câmp magnetic aplicat acestuia creează o forță F pentru fiecare ramură a cadrului, care creează o mișcare de rotație.

Această proprietate a interacțiunii energiei electrice și magnetice, bazată pe crearea unei forțe electromotoare într-o buclă conducătoare închisă, este pusă în funcțiune pe fiecare motor electric. Designul său include:

• o bobină prin care circulă un curent electric. Este plasat pe un miez de ancorare special și fixat în rulmenți rotativi pentru a reduce rezistența la forțele de frecare. Acest design se numește rotor;

• stator, care creează un câmp magnetic, care cu liniile sale de forță pătrunde în sarcinile electrice care trec de-a lungul spirelor înfășurării rotorului;

• carcasă pentru amplasarea statorului. În interiorul caroseriei sunt realizate scaune speciale, în interiorul cărora sunt montate cuștile exterioare ale rulmenților rotorului.

Designul simplificat al celui mai simplu motor electric poate fi reprezentat printr-o imagine de forma următoare.

Când rotorul se rotește, se generează un cuplu, a cărui putere depinde de proiectarea generală a dispozitivului, de cantitatea de energie electrică aplicată și de pierderile acesteia în timpul conversiilor.

Mărimea puterii maxime posibile a cuplului motorului este întotdeauna mai mică decât energia electrică aplicată acestuia. Se caracterizează prin valoarea eficienței.

Tipuri de motoare electrice

În funcție de tipul de curent care curge prin bobine, acestea sunt împărțite în motoare DC sau AC.Fiecare dintre aceste două grupuri are un număr mare de modificări folosind procese tehnologice diferite.

motoare de curent continuu

Au un câmp magnetic stator creat de un fix staționar magneți permanenți sau electromagneți speciali cu bobine de excitație. Bobina armăturii este montată ferm în arbore, care este fixat în rulmenți și se poate roti liber în jurul propriei axe.

Structura de bază a unui astfel de motor este prezentată în figură.

Pe miezul armăturii, din materiale feromagnetice, se află o bobină formată din două părți conectate în serie, care sunt conectate la plăcile colectoare conductoare la un capăt și conectate între ele la celălalt. Două perii de grafit sunt situate la capete diametral opuse ale armăturii și sunt presate pe plăcuțele de contact ale plăcilor colectoare.

Un potențial de sursă DC pozitiv este aplicat periei de model inferioară și un potențial negativ celui de sus. Direcția curentului care curge prin bobină este indicată de o săgeată roșie întreruptă.

Curentul face ca câmpul magnetic să aibă un pol nord în stânga jos al armăturii și un pol sud în partea dreaptă sus a armăturii (regula gimbal). Aceasta are ca rezultat respingerea polilor rotorului de cei staționari cu același nume și atracția către polii opuși ai statorului. Ca urmare a forței aplicate, are loc o mișcare de rotație, a cărei direcție este indicată de o săgeată maro.

Odată cu rotirea suplimentară a armăturii prin inerție, polii sunt transferați pe alte plăci colectoare. Direcția curentului în ele este inversată. Rotorul continuă să se rotească în continuare.

Designul simplu al unui astfel de dispozitiv colector duce la pierderi mari de energie electrică.Astfel de motoare funcționează în dispozitive cu design simplu sau jucării pentru copii.

Motoarele electrice de curent continuu implicate în procesul de producție au un design mai complex:

• bobina nu este împărțită în două, ci în mai multe părți;

• fiecare secțiune a bobinei este montată pe propriul stâlp;

• dispozitivul colector este realizat cu un anumit număr de plăcuțe de contact în funcție de numărul de înfășurări.

Ca urmare, se creează o conexiune lină a fiecărui pol prin plăcile sale de contact la perii și sursa de curent și se reduc pierderile de energie.

Dispozitivul unei astfel de ancore este prezentat în fotografie.

La motoarele de curent continuu, sensul de rotație al rotorului poate fi inversat. Pentru a face acest lucru, este suficient să schimbați mișcarea curentului din bobină în sens opus prin schimbarea polarității la sursă.

motoare de curent alternativ

Ele diferă de modelele anterioare prin faptul că curentul electric care curge în bobina lor este descris de legea armonică sinusoidalăschimbându-și periodic direcția (semnul). Pentru a le alimenta, tensiunea este furnizată de la generatoare cu semne alternative.

Statorul unor astfel de motoare este realizat printr-un circuit magnetic. Este realizat din plăci feromagnetice cu caneluri în care spirele bobinei sunt plasate cu configurație cadru (bobină).

Motoare electrice sincrone

Fotografia de mai jos arată principiul de funcționare a unui motor AC monofazat cu rotație sincronă a câmpurilor electromagnetice ale rotorului și statorului.

În șanțurile circuitului magnetic al statorului la capete diametral opuse, sunt plasate fire de înfășurare, prezentate schematic sub forma unui cadru prin care curge un curent alternativ.

Să luăm în considerare cazul momentului în timp corespunzător trecerii părții pozitive a semiundei sale.

În celulele de rulment, un rotor cu un magnet permanent încorporat se rotește liber, în care „gura N” de nord și „gura S” de sud a polului sunt clar definite. Când o jumătate de undă pozitivă de curent trece prin înfășurarea statorului, se creează în ea un câmp magnetic cu poli «S st» și «N st».

Între câmpurile magnetice ale rotorului și stator apar forțe de interacțiune (cu polii respingând și spre deosebire de poli atrași) care tind să rotească armătura motorului din orice poziție la extrem atunci când polii opuși sunt situați cât mai aproape unul de celălalt. o alta.

Dacă luăm în considerare același caz, dar pentru momentul în care opusul - o jumătate de undă negativă de curent trece prin firul cadru, atunci rotația armăturii va avea loc în direcția opusă.

Pentru a asigura o mișcare continuă a rotorului în stator, nu se realizează un singur cadru de înfășurare, ci un anumit număr dintre ele, având în vedere că fiecare dintre ele este alimentat de o sursă de curent separată.

Principiul de funcționare al unui motor AC trifazat cu rotație sincronă, câmpurile electromagnetice ale rotorului și statorului sunt prezentate în imaginea următoare.

În acest design, trei bobine A, B și C sunt montate în interiorul circuitului magnetic al statorului, compensate cu unghiuri de 120 de grade una față de cealaltă. Bobina A este marcată cu galben, B este verde și C este roșu. Fiecare bobina este realizata cu aceleasi rame ca in cazul precedent.

În imagine, în orice caz, curentul curge printr-o singură bobină în direcția înainte sau înapoi, ceea ce este indicat de semnele «+» și «-«.

Când semiunda pozitivă trece prin faza A în direcția înainte, axa câmpului rotorului ia o poziție orizontală, deoarece polii magnetici ai statorului se formează în acest plan și atrag armătura mobilă. Polii opuși ai rotorului tind să se apropie de polii statorului.

Când semiunda pozitivă intră în faza C, armătura se va roti cu 60 de grade în sensul acelor de ceasornic. Odată ce curentul este aplicat fazei B, va avea loc o rotație similară a armăturii. Fiecare flux de curent ulterior în următoarea fază a următoarei înfășurări va întoarce rotorul.

Dacă pe fiecare înfășurare se aplică o tensiune de rețea trifazată deplasată cu un unghi de 120 de grade, atunci în ele vor circula curenți alternativi, care vor roti armătura și vor crea rotația sa sincronă cu câmpul electromagnetic aplicat.

Același design mecanic este folosit cu succes într-un motor pas cu pas trifazat... Numai în fiecare înfășurare prin control controler special (driver de motor pas cu pas) Impulsurile constante sunt aplicate și îndepărtate conform algoritmului descris mai sus.

Pornirea lor începe o mișcare de rotație, iar terminarea lor la un anumit moment în timp asigură o rotație măsurată a arborelui și o oprire la un unghi programat pentru a efectua anumite operații tehnologice.

În ambele sisteme trifazate descrise, este posibilă schimbarea direcției de rotație a armăturii. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să schimbați succesiunea fazelor «A» — «B» — «C» cu alta, de exemplu «A» — «C» — «B».

Viteza rotorului este reglată de lungimea perioadei T. Reducerea acestuia duce la o accelerare a rotației.Mărimea amplitudinii curentului în fază depinde de rezistența internă a înfășurării și de valoarea tensiunii aplicate acesteia. Acesta determină cantitatea de cuplu și puterea motorului electric.

Motoare asincrone

Aceste modele de motoare au același circuit magnetic stator cu înfășurări ca în modelele monofazate și trifazate discutate anterior. Ele își iau numele de la rotația asincronă a câmpurilor electromagnetice ale armăturii și statorului. Acest lucru se realizează prin îmbunătățirea configurației rotorului.

Miezul său este realizat din plăci de oțel electric canelate. Sunt echipate cu conductoare de curent din aluminiu sau cupru, care sunt închise la capetele armăturii cu inele conductoare.

Când se aplică tensiune în înfășurările statorului, un curent electric este indus în înfășurarea rotorului prin forță electromotoare și se creează un câmp magnetic de armătură. Când aceste câmpuri electromagnetice interacționează, arborele motorului începe să se rotească.

Cu acest design, mișcarea rotorului este posibilă numai după apariția unui câmp electromagnetic rotativ în stator și continuă într-un mod de funcționare asincron cu acesta.

Motoarele asincrone au un design mai simplu, prin urmare, sunt mai ieftine și sunt utilizate pe scară largă în instalații industriale și electrocasnice.

Motor electric ABB rezistent la explozie

Motoare liniare

Multe corpuri de lucru ale mecanismelor industriale efectuează mișcare alternativă sau de translație într-un singur plan, care este necesară pentru funcționarea mașinilor de prelucrare a metalelor, vehiculelor, loviturilor de ciocan atunci când conduc piloți ...

Deplasarea unui astfel de corp de lucru cu ajutorul cutiilor de viteze, șuruburi cu bile, transmisii cu curele și dispozitive mecanice similare de la un motor electric rotativ complică proiectarea. Soluția tehnică modernă la această problemă este funcționarea unui motor electric liniar.

Statorul și rotorul său sunt alungite sub formă de benzi, mai degrabă decât înfășurate în inele, ca în motoarele electrice rotative.

Principiul de funcționare este de a conferi mișcare liniară alternativă rotorului de rulare datorită transferului de energie electromagnetică de la un stator staționar cu un circuit magnetic deschis de o anumită lungime. Un câmp magnetic de lucru este creat în interiorul acestuia prin pornirea secvenţială a curentului.

Acționează asupra înfășurării armăturii cu un colector. Forțele care apar într-un astfel de motor mișcă rotorul numai într-o direcție liniară de-a lungul elementelor de ghidare.

Motoarele liniare sunt proiectate să funcționeze fie pe curent continuu, fie pe curent alternativ și pot funcționa în mod sincron sau asincron.

Dezavantajele motoarelor liniare sunt:

• complexitatea tehnologiei;

• preț mare;

• eficienta energetica scazuta.