Принцип рада и уређај електромотора

Сваки електромотор је дизајниран да обавља механички рад због потрошње електричне енергије која се на њега примењује, а која се обично претвара у ротационо кретање. Иако у технологији постоје модели који одмах стварају транслаторно кретање радног тела. Они се називају линеарни мотори.

У индустријским инсталацијама електромотори покрећу различите машине за сечење метала и механичке уређаје укључене у технолошки процес производње.

Унутар кућних апарата, електромотори покрећу машине за прање веша, усисиваче, компјутере, фенове за косу, дечије играчке, сатове и многе друге уређаје.

Основни физички процеси и принцип деловања

Приликом кретања унутра магнетно поље електрична наелектрисања, која се називају електричне струје, увек имају механичку силу која тежи да скрене њихов правац у равни која је окомита на оријентацију линија магнетног поља.Када електрична струја прође кроз металну жицу или калем направљен од ње, ова сила тежи да помери/ротира сваку жицу која носи струју и цео калем у целини.

Фотографија испод приказује метални оквир кроз који струја тече. Магнетно поље примењено на њега ствара силу Ф за сваку грану оквира, што ствара ротационо кретање.

Ово својство интеракције електричне и магнетне енергије, засновано на стварању електромоторне силе у затвореној проводној петљи, пушта се у рад на сваком електромотору. Његов дизајн укључује:

• калем кроз који протиче електрична струја. Поставља се на специјално сидрено језгро и фиксира се у ротационим лежајевима како би се смањио отпор силама трења. Овај дизајн се назива ротор;

• статор, који ствара магнетно поље, које својим линијама силе продире у електрична наелектрисања која пролазе дуж завоја намотаја ротора;

• кућиште за постављање статора. Унутар тела су направљена посебна седишта, унутар којих су монтирани спољни кавези лежајева ротора.

Поједностављени дизајн најједноставнијег електромотора може се представити сликом следећег облика.

Када се ротор ротира, ствара се обртни момент чија снага зависи од општег дизајна уређаја, количине примењене електричне енергије и њених губитака током конверзија.

Величина максимално могуће снаге обртног момента мотора је увек мања од електричне енергије примењене на њега. Карактерише га вредност ефикасности.

Врсте електромотора

Према врсти струје која протиче кроз калемове, деле се на ДЦ или АЦ моторе.Свака од ове две групе има велики број модификација коришћењем различитих технолошких процеса.

ДЦ мотори

Имају статорско магнетно поље које ствара стационарни фиксни трајни магнети или специјални електромагнети са побудним калемовима. Намотај арматуре је чврсто монтиран у осовину, која је фиксирана у лежајевима и може слободно да се окреће око сопствене осе.

Основна структура таквог мотора је приказана на слици.

На језгру арматуре, од феромагнетних материјала, налази се калем који се састоји од два серијски спојена дела, који су на једном крају спојени са проводним колекторским плочама, а на другом међусобно повезани. Две графитне четке се налазе на дијаметрално супротним крајевима арматуре и притиснуте су на контактне јастучиће колекторских плоча.

Позитивни потенцијал извора једносмерне струје се примењује на доњу четкицу узорка, а негативан потенцијал на горњу. Смер струје која тече кроз калем приказан је испрекиданом црвеном стрелицом.

Струја узрокује да магнетно поље има северни пол у доњем левом делу арматуре, а јужни пол у горњем десном углу арматуре (карданско правило). То има за последицу одбијање полова ротора од истоимених стационарних и привлачење ка супротним половима статора. Као резултат примењене силе, долази до ротационог кретања, чији је правац означен смеђом стрелицом.

Даљом ротацијом арматуре по инерцији, стубови се преносе на друге колекторске плоче. Смер струје у њима је обрнут. Ротор наставља да се окреће даље.

Једноставан дизајн таквог колекторског уређаја доводи до великих губитака електричне енергије.Такви мотори раде у уређајима једноставног дизајна или играчкама за децу.

Електромотори једносмерне струје укључени у процес производње имају сложенији дизајн:

• калем је подељен не на два, већ на неколико делова;

• сваки део намотаја је монтиран на сопствени стуб;

• колекторски уређај се израђује са одређеним бројем контактних плочица према броју намотаја.

Као резултат, ствара се глатка веза сваког пола преко његових контактних плоча са четкама и извором струје и смањују се губици енергије.

Уређај таквог сидра је приказан на фотографији.

Код ДЦ мотора, смер ротације ротора може бити обрнут. Да бисте то урадили, довољно је променити кретање струје у завојници на супротно променом поларитета на извору.

АЦ мотори

Они се разликују од претходних дизајна по томе што је електрична струја која тече у њиховом калему описана помоћу синусоидни хармонијски законпериодично мењајући свој правац (знак). За њихово напајање, напон се напаја из генератора са наизменичним знацима.

Статор таквих мотора изводи магнетно коло. Израђен је од феромагнетних плоча са жљебовима у које су постављени завоји калемова са конфигурацијом оквира (калем).

Синхрони електромотори

На слици испод приказан је принцип рада једнофазног мотора наизменичне струје са синхроном ротацијом електромагнетних поља ротора и статора.

У жљебовима магнетног кола статора на дијаметрално супротним крајевима постављене су жице за намотаје, шематски приказане у облику рама кроз који протиче наизменична струја.

Размотримо случај тренутка у времену који одговара проласку позитивног дела његовог полуталаса.

У ћелијама лежаја слободно ротира ротор са уграђеним перманентним магнетом, у коме су јасно дефинисана северна «Н уста» и јужна «С уста» пола. Када кроз намотај статора протиче позитиван полуталас струје, у њему се ствара магнетно поље са половима «С ст» и «Н ст».

Између магнетних поља ротора и статора настају силе интеракције (при чему се полови одбијају и за разлику од полова привлаче) које теже да окрећу арматуру мотора из било ког положаја до екстрема када су супротни полови лоцирани што ближе један другом. други.

Ако размотримо исти случај, али за тренутак у времену када супротно - негативни полуталас струје пролази кроз жицу оквира, онда ће се ротација арматуре догодити у супротном смеру.

Да би се обезбедило непрекидно кретање ротора у статору, не прави се један оквир намотаја, већ одређени број њих, с обзиром да се сваки од њих напаја посебним извором струје.

Принцип рада трофазног мотора на наизменичну струју са синхроном ротацијом, електромагнетна поља ротора и статора приказани су на следећој слици.

У овом дизајну, три завојнице А, Б и Ц су монтиране унутар магнетног кола статора, померене под угловима од 120 степени један према другом. Завојница А је означена жутом бојом, Б је зелена, а Ц је црвена. Сваки калем је направљен са истим оквирима као у претходном случају.

На слици, у сваком случају, струја тече кроз само један калем у правцу унапред или уназад, што је означено знацима «+» и «-».

Када позитивни полуталас прође кроз фазу А у правцу напред, оса поља ротора заузима хоризонтални положај, јер се магнетни полови статора формирају у овој равни и привлаче покретну арматуру. Супротни полови ротора теже да се приближе половима статора.

Када позитивни полуталас пређе у фазу Ц, арматура ће се ротирати за 60 степени у смеру казаљке на сату. Када се струја примени на фазу Б, догодиће се слична ротација арматуре. Сваки следећи струјни ток у следећој фази следећег намотаја ће окретати ротор.

Ако се на сваки намотај примени трофазни мрежни напон померен за угао од 120 степени, тада ће у њима кружити наизменичне струје које ће ротирати арматуру и створити њену синхрону ротацију са примењеним електромагнетним пољем.

Исти механички дизајн се успешно користи у трофазном корачном мотору… Само у сваком намотају помоћу контроле специјални контролер (драјвер корачног мотора) Константни импулси се примењују и уклањају према горе описаном алгоритму.

Њиховим покретањем почиње ротационо кретање, а њиховим прекидом у одређеном тренутку обезбеђује се измерена ротација вратила и заустављање под програмираним углом за обављање одређених технолошких операција.

У оба описана трофазна система могућа је промена смера ротације арматуре. Да бисте то урадили, само треба да промените редослед фаза «А» — «Б» — «Ц» у други, на пример «А» — «Ц» — «Б».

Брзина ротора је регулисана дужином периода Т. Његово смањење доводи до убрзања ротације.Величина амплитуде струје у фази зависи од унутрашњег отпора намотаја и вредности примењеног напона на њега. Одређује количину обртног момента и снагу електромотора.

Асинхрони мотори

Ови дизајни мотора имају исто магнетно коло статора са намотајима као у претходно разматраним једнофазним и трофазним моделима. Име су добили по асинхроној ротацији електромагнетних поља арматуре и статора. Ово се постиже побољшањем конфигурације ротора.

Његово језгро је направљено од жљебљених електричних челичних плоча. Опремљени су алуминијумским или бакарним струјним проводницима, који су на крајевима арматуре затворени проводним прстеновима.

Када се напон примени на намотаје статора, у намотају ротора се индукује електрична струја електромоторном силом и ствара се магнетно поље арматуре. Када ова електромагнетна поља ступе у интеракцију, осовина мотора почиње да се ротира.

Са овим дизајном, кретање ротора је могуће тек након појаве ротирајућег електромагнетног поља у статору и са њим се наставља у асинхроном режиму рада.

Асинхрони мотори су једноставнијег дизајна, стога су јефтинији и широко се користе у индустријским инсталацијама и кућним апаратима.

АББ електрични мотор отпоран на експлозију

Линеарни мотори

Многа радна тела индустријских механизама врше повратно или транслаторно кретање у једној равни, што је неопходно за рад машина за обраду метала, возила, ударце чекићем при забијању шипова...

Померање таквог радног тела помоћу мењача, кугличних вијака, ременских погона и сличних механичких уређаја из ротационог електромотора компликује дизајн. Савремено техничко решење овог проблема је рад линеарног електромотора.

Његов статор и ротор су издужени у облику трака, а не намотани у прстенове, као у ротационим електромоторима.

Принцип рада је да се ротору тркача пренесе повратно линеарно кретање услед преноса електромагнетне енергије са стационарног статора са отвореним магнетним колом одређене дужине. Унутар њега се ствара радно магнетно поље узастопним укључивањем струје.

Делује на намотај арматуре са колектором. Силе које настају у таквом мотору померају ротор само у линеарном правцу дуж елемената за вођење.

Линеарни мотори су дизајнирани да раде на једносмерној или наизменичној струји и могу да раде у синхроном или асинхроном режиму.

Недостаци линеарних мотора су:

• сложеност технологије;

• висока цена;

• ниска енергетска ефикасност.