Из чего состоит электродвигатель: Строение электродвигателя и его особенности

Содержание

Строение электродвигателя и его особенности

Электродвигатель – это устройство, назначение которого преобразовывать энергию электрическую в энергию механическую. Его главными элементами, которые помогают выполнять данное условие, являются ротор и статор. При этом, ротор – это вращающийся компонент двигателя, в то время как статор находится в неподвижном состоянии. Благодаря подаваемому напряжению возникает электромагнитное поле, которое и вращает ротор, выполняя механические действия. В зависимости о того, какие принципы используются в устройстве электродвигателей, их различают по следующим параметрам:

  1. По типу питания:
    • Электродвигатели постоянного тока, работающие от блоков питания, аккумуляторных батарей и прочих источников;
    • Электродвигатели переменного тока, работающие от электрических сетей.
  2. По принципу работы:
  • Синхронные, состоящие из обмоток на роторе и щёточного механизма, предназначенного для подачи электрического тока на эти же обмотки;
  • Асинхронные двигатели, не имеющие на роторе ни щёток, ни обмоток. Скорость вращения такого мотора медленнее, чем у созданного магнитного поля статора, что отличается от синхронных.

На сегодняшний день, любой каталог электродвигателей имеет в своём наборе больше агрегатов асинхронного действия. В корпусе такого двигателя установлены обмотки статора, создающие при вращении магнитное поле. Для охлаждения такой системы используется вентилятор, устанавливаемый на конце вала электродвигателя. При этом понятно, что вал и ротор являются одним целым. Изготовляется он из металлических, замкнутых между собой с обеих сторон стержней. Такая конструкция считается самой долговечной, надёжной и безотказной. Поэтому, если поломки и возникают, то это получается не из-за износа стержней, а через короткие замыкания либо износ подшипников.

Если же необходимо вращение в постоянной скорости с возможностью её регулировки, особенно в бытовых условиях, используют синхронный электродвигатель, работающий на переменном токе. Этот тип двигателя, не превосходит асинхронный в системе защиты от перепадов напряжения, коротких замыканий и прочих воздействий, поэтому, применяемая система плавного пуска электродвигателя здесь будет так же обязательным условием. Состоит синхронный двигатель из следующих элементов:

  • металлический корпус;
  • обмотки полюса;
  • ротор или якорь, на котором имеются обмотки;
  • коллектор или токосъёмное кольцо, к которым припаяны выводы с упомянутых выше обмоток;
  • графитовые стержни, передающие напряжение на коллектор.

В процессе работы синхронного двигателя между потоком магнитных полей в обмотке возбуждения и током ротора возникает взаимодействие, которое создаёт вращающий момент. Если выполнять смену направления тока, будет выполняться и смена направления магнитных потоков. Это явление будет поддерживать вращение вала в одном и том же направлении. Для смены скорости таких двигателей, прежде всего, используют метод изменения напряжения, подаваемого в определённой величине на электродвигатель. Благодаря видоизменениям конструкций и мощностным показателям, двигатели переменного тока представлены к продаже в самом разнообразном модельном ряде, позволяющим использовать приводы не только в промышленных целях, но и бытовых, сельскохозяйственных и многих прочих.

Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Из чего состоит электродвигатель

Электродвигатель это механизм, преобразующий электрическую энергию во вращательное движение своего вала. Что бы иметь наименьшее представление об этом агрегате необходимо понимать принцип его работы и знать, что вращается в электродвигателе.

Части электродвигателя

Основные два элемента, которые в наибольшей степени характеризуют электрический двигатель это статор и ротор. Именно ротор электрической машины вращается в агрегате под воздействием магнитного поля,  возникающего в статоре. Это магнитное поле создается непосредственно под влиянием третьего по важности компонента электромотора, его обмотке. Для создания магнитного поля необходимо соблюдение трех основных условий:

  1. Наличие не менее двух обмоток
  2. Обязательное отличие по фазам тока в обмотках
  3. Смещение оси обмоток в пространстве

Наличие в статоре двух обмоток говорит о том, что электродвигатель однофазный, а три обмотки характеризуют трехфазный электродвигатель.

Четвертый основной элемент любого электродвигателя это его корпус. Он изготавливается  из сплава алюминия или из чугуна в зависимости от особенностей использования агрегата и высоты оси его вращения.

Ротор эл двигателя запрессовывается на вал под действием специального технологического процесса, его сердечник состоит из прессованных стальных листов,  в пазы которого заливается металл, образуя стержни. С помощью торцевых колец эти стержни замыкаются накоротко. Название такой конструкции «беличья клетка». По краям корпуса находятся подшипниковые щиты, в которых, в свою очередь устанавливаются различные подшипники в зависимости от конструкции электродвигателя и особенностей его применения

.

На заднем подшипниковом щите устанавливается вентилятор для охлаждения мотора, который закрывается защитным кожухом предотвращающим попадание инородных частиц. При работе от частотно регулируемого привода дополнительно устанавливается узел принудительной вентиляции.

В зависимости от способа установки электродвигателя он может иметь фланец с приводной стороны, а может и не иметь, при условии установки его только на лапы. На электродвигатели, которые требуют торможения,электромагнитный тормоз дополнительно устанавливается на общепромышленный электродвигатель. О дополнительных модификациях электродвигателей читайте в этой статье.

Для подключения двигателя используется коробка выводов или БОРНО, которая по умолчанию устанавливается в верхней части агрегата. Если того требует особенность установки , БОРНО можно разместить на боковой поверхности электромотора. Либо переставить лапы двигателя на боковую поверхность, что обеспечит расположение коробки выводов на боковой плоскости. Такая манипуляция возможна только на двигателях в алюминиевом корпусе.


 Электродвигатель АИР характеристики
Тип двигателя  Р, кВт Номинальная частота вращения, об/мин кпд,* COS ф 1п/1н Мп/Мн Мmах/Мн 1н, А Масса, кг
Купить АИР56А2 0,18 2840 68,0 0,78 5,0 2,2 2,2 0,52 3,4
Купить АИР56В2 0,25 2840 68,0 0,698 5,0 2,2 2,2 0,52 3,9
Купить АИР56А4 0,12 1390 63,0 0,66 5,0 2,1 2,2 0,44 3,4
Купить АИР56В4 0,18 1390 64,0 0,68 5,0 2,1 2,2 0,65 3,9
Купить АИР63А2 0,37 2840 72,0 0,86 5,0 2,2 2,2 0,91 4,7
Купить АИР63В2 0,55 2840 75,0 0,85 5,0 2,2 2,3
1,31
5,5
Купить АИР63А4 0,25 1390 68,0 0,67 5,0 2,1 2,2 0,83 4,7
Купить АИР63В4 0,37 1390 68,0 0,7 5,0 2,1 2,2 1,18 5,6
Купить АИР63А6 0,18 880 56,0 0,62 4,0 1,9 2 0,79 4,6
Купить АИР63В6 0,25 880 59,0 0,62 4,0 1,9 2 1,04 5,4
Купить АИР71А2 0,75 2840 75,0 0,83 6,1 2,2 2,3 1,77 8,7
Купить АИР71В2 1,1 2840
76,2
0,84 6,9 2,2 2,3 2,6 10,5
Купить АИР71А4 0,55 1390 71,0 0,75 5,2 2,4 2,3 1,57 8,4
Купить АИР71В4 0,75 1390 73,0 0,76 6,0 2,3 2,3 2,05 10
Купить АИР71А6
0,37
880 62,0 0,70 4,7 1,9 2,0 1,3 8,4
Купить АИР71В6 0,55 880 65,0 0,72 4,7 1,9 2,1 1,8 10
Купить АИР71А8 0,25 645 54,0 0,61 4,7  1,8 1,9 1,1 9
Купить АИР71В8 0,25 645 54,0 0,61 4,7  1,8 1,9 1,1 9
Купить АИР80А2 1,5 2850 78,5 0,84 7,0 2,2 2,3 3,46 13
Купить АИР80А2ЖУ2 1,5 2850 78,5 0,84 7,0 2,2 2,3 3,46 13
Купить АИР80В2 2,2 2855 81,0 0,85 7,0 2,2 2,3 4,85 15
Купить АИР80В2ЖУ2 2,2 2855 81,0 0,85 7,0 2,2 2,3 4,85 15
Купить АИР80А4 1,1 1390 76,2 0,77 6,0 2,3 2,3 2,85 14
Купить АИР80В4 1,5 1400 78,5 0,78 6,0 2,3 2,3 3,72 16
Купить АИР80А6 0,75 905 69,0 0,72 5,3 2,0 2,1 2,3 14
Купить АИР80В6 1,1 905 72,0 0,73 5,5 2,0 2,1 3,2 16
Купить АИР80А8 0,37 675 62,0 0,61 4,0 1,8 1,9 1,49 15
Купить АИР80В8 0,55 680 63,0 0,61 4,0 1,8 2,0 2,17 18
Купить АИР90L2 3,0 2860 82,6 0,87 7,5 2,2 2,3 6,34 17
Купить АИР90L2ЖУ2 3,0 2860 82,6 0,87 7,5 2,2 2,3 6,34 17
Купить АИР90L4 2,2 1410 80,0 0,81 7,0 2,3 2,3 5,1 17
Купить АИР90L6 1,5 920 76,0 0,75 5,5 2,0 2,1 4,0 18
Купить АИР90LA8 0,75 680 70,0 0,67 4,0 1,8 2,0 2,43 23
Купить АИР90LB8 1,1 680 72,0 0,69 5,0 1,8 2,0 3,36 28
Купить АИР100S2 4,0 2880 84,2 0,88 7,5 2,2 2,3 8,2 20,5
Купить АИР100S2ЖУ2 4,0 2880 84,2 0,88 7,5 2,2 2,3 8,2 20,5
Купить АИР100L2 5,5 2900 85,7 0,88 7,5 2,2 2,3 11,1 28
Купить АИР100L2ЖУ2 5,5 2900 85,7 0,88 7,5 2,2 2,3 11,1 28
Купить АИР100S4 3,0 1410 82,6 0,82 7,0 2,3 2,3 6,8 21
Купить АИР100L4 4,0 1435 84,2 0,82 7,0 2,3 2,3 8,8 37
Купить АИР100L6 2,2 935 79,0 0,76 6,5 2,0 2,1 5,6 33,5
Купить АИР100L8 1,5 690 74,0 0,70 5,0 1,8 2,0 4,4 33,5
Купить АИР112M2 7,5 2895 87,0 0,88 7,5 2,2 2,3 14,9 49
Купить АИР112М2ЖУ2 7,5 2895 87,0 0,88 7,5 2,2 2,3 14,9 49
Купить АИР112М4 5,5 1440 85,7 0,83 7,0 2,3 2,3 11,7 45
Купить АИР112MA6 3,0 960 81,0 0,73 6,5 2,1 2,1 7,4 41
Купить АИР112MB6 4,0 860 82,0 0,76 6,5 2,1 2,1 9,75 50
Купить АИР112MA8 2,2 710 79,0 0,71 6,0 1,8 2,0 6,0 46
Купить АИР112MB8 3,0 710 80,0 0,73 6,0 1,8 2,0 7,8 53
Купить АИР132M2 11 2900 88,4 0,89 7,5 2,2 2,3 21,2 54
Купить АИР132М2ЖУ2 11 2900 88,4 0,89 7,5 2,2 2,3 21,2 54
Купить АИР132S4 7,5 1460 87,0 0,84 7,0 2,3 2,3 15,6 52
Купить АИР132M4 11 1450 88,4 0,84 7,0 2,2 2,3 22,5 60
Купить АИР132S6 5,5 960 84,0 0,77 6,5 2,1 2,1 12,9 56
Купить АИР132M6 7,5 970 86,0 0,77 6,5 2,0 2,1 17,2 61
Купить АИР132S8 4,0 720 81,0 0,73 6,0 1,9 2,0 10,3 70
Купить АИР132M8 5,5 720 83,0 0,74 6,0 1,9 2,0 13,6 86
Купить АИР160S2 15 2930 89,4 0,89 7,5 2,2 2,3 28,6 116
Купить АИР160S2ЖУ2 15 2930 89,4 0,89 7,5 2,2 2,3 28,6 116
Купить АИР160M2 18,5 2930 90,0 0,90 7,5 2,0 2,3 34,7 130
Купить АИР160М2ЖУ2 18,5 2930 90,0 0,90 7,5 2,0 2,3 34,7 130
Купить АИР160S4 15 1460 89,4 0,85 7,5 2,2 2,3 30,0 125
Купить АИР160S4ЖУ2 15 1460 89,4 0,85 7,5 2,2 2,3 30,0 125
Купить АИР160M4 18,5 1470 90,0 0,86 7,5 2,2 2,3 36,3 142
Купить АИР160S6 11 970 87,5 0,78 6,5 2,0 2,1 24,5 125
Купить АИР160M6 15 970 89,0 0,81 7,0 2,0 2,1 31,6 155
Купить АИР160S8 7,5 720 85,5 0,75 6,0 1,9 2,0 17,8 125
Купить АИР160M8 11 730 87,5 0,75 6,5 2,0 2,0 25,5 150
Купить АИР180S2 22 2940 90,5 0,90 7,5 2,0 2,3 41,0 150
Купить АИР180S2ЖУ2 22 2940 90,5 0,90 7,5 2,0 2,3 41,0 150
Купить АИР180M2 30 2950 91,4 0,90 7,5 2,0 2,3 55,4 170
Купить АИР180М2ЖУ2 30 2950 91,4 0,90 7,5 2,0 2,3 55,4 170
Купить АИР180S4 22 1470 90,5 0,86 7,5 2,2 2,3 43,2 160
Купить АИР180S4ЖУ2 22 1470 90,5 0,86 7,5 2,2 2,3 43,2 160
Купить АИР180M4 30 1470 91,4 0,86 7,2 2,2 2,3 57,6 190
Купить АИР180М4ЖУ2 30 1470 91,4 0,86 7,2 2,2 2,3 57,6 190
Купить АИР180M6 18,5 980 90,0 0,81 7,0 2,1 2,1 38,6 160
Купить АИР180M8 15 730 88,0 0,76 6,6 2,0 2,0 34,1 172
Купить АИР200M2 37 2950 92,0 0,88 7,5 2,0 2,3 67,9 230
Купить АИР200М2ЖУ2 37 2950 92,0 0,88 7,5 2,0 2,3 67,9 230
Купить АИР200L2 45 2960 92,5 0,90 7,5 2,0 2,3 82,1 255
Купить АИР200L2ЖУ2 45 2960 92,5 0,90 7,5 2,0 2,3 82,1 255
Купить АИР200M4 37 1475 92,0 0,87 7,2 2,2 2,3 70,2 230
Купить АИР200L4 45 1475 92,5 0,87 7,2 2,2 2,3 84,9 260
Купить АИР200M6 22 980 90,0 0,83 7,0 2,0 2,1 44,7 195
Купить АИР200L6 30 980 91,5 0,84 7,0 2,0 2,1 59,3 225
Купить АИР200M8 18,5 730 90,0 0,76 6,6 1,9 2,0 41,1 210
Купить АИР200L8 22 730 90,5 0,78 6,6 1,9 2,0 48,9 225
Купить АИР225M2 55 2970 93,0 0,90 7,5 2,0 2,3 100 320
Купить АИР225M4 55 1480 93,0 0,87 7,2 2,2 2,3 103 325
Купить АИР225M6 37 980 92,0 0,86 7,0 2,1 2,1 71,0 360
Купить АИР225M8 30 735 91,0 0,79 6,5 1,9 2,0 63 360
Купить АИР250S2 75 2975 93,6 0,90 7,0 2,0 2,3 135 450
Купить АИР250M2 90 2975 93,9 0,91 7,1 2,0 2,3 160 530
Купить АИР250S4 75 1480 93,6 0,88 6,8 2,2 2,3 138,3 450
Купить АИР250M4 90 1480 93,9 0,88 6,8 2,2 2,3 165,5 495
Купить АИР250S6 45 980 92,5 0,86 7,0 2,1 2,0 86,0 465
Купить АИР250M6 55 980 92,8 0,86 7,0 2,1 2,0 104 520
Купить АИР250S8 37 740 91,5 0,79 6,6 1,9 2,0 78 465
Купить АИР250M8 45 740 92,0 0,79 6,6 1,9 2,0 94 520
Купить АИР280S2 110 2975 94,0 0,91 7,1 1,8 2,2 195 650
Купить АИР280M2 132 2975 94,5 0,91 7,1 1,8 2,2 233 700
Купить АИР280S4 110 1480 94,5 0,88 6,9 2,1 2,2 201 650
Купить АИР280M4 132 1480 94,8 0,88 6,9 2,1 2,2 240 700
Купить АИР280S6 75 985 93,5 0,86 6,7 2,0 2,0 142 690
Купить АИР280M6 90 985 93,8 0,86 6,7 2,0 2,0 169 800
Купить АИР280S8 55 740 92,8 0,81 6,6 1,8 2,0 111 690
Купить АИР280M8 75 740 93,5 0,81 6,2 1,8 2,0 150 800
Купить АИР315S2 160 2975 94,6 0,92 7,1 1,8 2,2 279 1170
Купить АИР315M2 200 2975 94,8 0,92 7,1 1,8 2,2 248 1460
Купить АИР315МВ2 250 2975 94,8 0,92 7,1 1,8 2,2 248 1460
Купить АИР315S4 160 1480 94,9 0,89 6,9 2,1 2,2 288 1000
Купить АИР315M4 200 1480 94,9 0,89 6,9 2,1 2,2 360 1200
Купить АИР315S6 110 985 94,0 0,86 6,7 2,0 2,0 207 880
Купить АИР315М(А)6 132 985 94,2 0,87 6,7 2,0 2,0 245 1050
Купить АИР315MВ6 160 985 94,2 0,87 6,7 2,0 2,0 300 1200
Купить АИР315S8 90 740 93,8 0,82 6,4 1,8 2,0 178 880
Купить АИР315М(А)8 110 740 94,0 0,82 6,4 1,8 2,0 217 1050
Купить АИР315MВ8 132 740 94,0 0,82 6,4 1,8 2,0 260 1200
Купить АИР355S2 250 2980 95,5 0,92 6,5 1.6 2,3 432,3 1700
Купить АИР355M2 315 2980 95,6 0,92 7,1 1,6 2,2 544 1790
Купить АИР355S4 250 1490 95,6 0,90 6,2 1,9 2,9 441 1700
Купить АИР355M4 315 1480 95,6 0,90 6,9 2,1 2,2 556 1860
Купить АИР355MА6 200 990 94,5 0,88 6,7 1,9 2,0 292 1550
Купить АИР355S6 160 990 95,1 0,88 6,3 1,6 2,8 291 1550
Купить АИР355МВ6 250 990 94,9 0,88 6,7 1,9 2,0 454,8 1934
Купить АИР355L6 315 990 94,5 0,88 6,7 1,9 2,0 457 1700
Купить АИР355S8 132 740 94,3 0,82 6,4 1,9 2,7 259,4 1800
Купить АИР355MА8 160 740 93,7 0,82 6,4 1,8 2,0 261 2000
Купить АИР355MВ8 200 740 94,2 0,82 6,4 1,8 2,0 315 2150
Купить АИР355L8 132 740 94,5 0,82 6,4 1,8 2,0 387 2250

Электрические двигатели: классификация, устройство, принцип работы

Электрический двигатель – специальная машина (ее еще называют электромеханическим преобразователем), с помощью которой электроэнергия преобразовывается в механическое движение.

Побочный эффект такой конвертации – выделение тепла.

При-этом современные двигатели обладают очень высоким КПД, который достигает 98%, в результате чего их использование экономически более выгодно по сравнению с двигателями внутренного сгорания. Электрические двигатели используются во всех сферах народного хозяйства, начиная от бытового применения, заканчивая военной техникой.

Электрические двигатели и их разновидности

Как известно с базового школьного курса физики, ток бывает переменным и постоянным. В бытовой электросети – переменный ток. Батарейки, аккумуляторы и другие мобильные источники питания предоставляют постоянный ток.

 

Электродвигатели постоянного тока характеризуются хорошими эксплуатационными и динамическими характеристиками.

 Такие изделия широко используются в подъемных машинах, буровых станках, полимерном оборудовании, в некоторых агрегатах экскаваторов.

По принципу работы электродвигатели переменного тока бывают

  • асинхронными;
  • синхронными.

Подробное сравнение этих видов машин можно почитать тут.

Синхронные двигатели – электрические машины, где скорость вращения ротора полностью идентична частоте магнитного поля. Учитывая эту особенность, такие устройства актуальны там, где необходима стабильная высокая скорость вращения: насосы, крупные вентиляторы, генераторы, компрессоры, стиральные машины, пылесосы, практически все электроинструменты.

Особое внимание среди синхронных устройств, заслуживают шаговые двигатели. Они обладают несколькими обмотками. Такой подход позволяет с высокой точностью изменять скорость вращения таких электродвигателей.

Асинхронными двигателями называют такие машины, в которых скорость ротора отличается от частоты движения магнитного поля.

Нашли свое применение в подавляющем большинстве отраслей народного хозяйства: в приводах дымососов, транспортерах, шаровых мельницах, наждачных, сверлильных станках, в холодильном оборудовании, вентиляторах, кондиционерах, микроприводах.

Максимальная скорость вращения асинхронных установок – 3000 об/мин.

Интересное видео о двигателях смотрите ниже:

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Асинхронные электродвигатели могут обладать фазным и короткозамкнутым ротором.

Короткозамкнутый ротор более распространен.

Такие двигатели обладают следующими преимуществами:

  • относительно одинаковая скорость вращения при разных уровнях нагрузки;
  • не боятся непродолжительных механических перегрузок;
  • простая конструкция;
  • несложная автоматизация и пуск;
  • высокий КПД (коэффициент полезного действия).

Электродвигатели с короткозамкнутым контуром требуют большой пусковой ток.

Если невозможно реализовать выполнение этого условия, то используют устройства с фазным ротором. Они обладают такими достоинствами:

  • хороший начальный вращающий момент;
  • нечувствительны к кратковременным перегрузкам механической природы;
  • постоянная скорость работы при наличии нагрузок;
  • малый пусковой ток;
  • с такими двигателями применяют автоматические пусковые устройства;
  • могут в небольших пределах изменять скорость вращения.

К основным недостаткам асинхронных двигателей относят то, что изменять их скорость работы можно только посредством изменения частоты электрического тока.

Кроме того, частота вращения – относительна. Она колеблется в небольших пределах. Иногда это недопустимо.

Интересное видео об асинхронных электродвигателях смотрите ниже:

Особенности работы синхронных двигателей

Все синхронные двигатели обладают такими преимуществами:

  1. Они не отдают и не потребляют реактивную энергию в сеть. Это позволяет уменьшить их габариты при сохранении мощности. Типичный синхронный электродвигатель меньше асинхронного.
  2. В сравнении с асинхронными устройствами, менее чувствительны к скачкам напряжения.
  3. Хорошая сопротивляемость перегрузкам.
  4. Такие электрические машины способны поддерживать постоянную скорость вращения, если уровень нагрузок не превышает допустимые пределы.

В любой бочке, есть ложка с дегтем. Синхронным электродвигателям присущи такие недостатки:

  • сложная конструкция;
  • затрудненный пуск в ход;
  • довольно сложно изменять скорость вращения (посредством изменения значения частоты тока).

Сочетание всех этих особенностей делает синхронные двигатели невыгодными при мощностях до 100 Вт. А вот на более высоких уровнях производительности, синхронные машины показывают себя во всей красе.

Электродвигатели

Электродвигатели

Подробности
Категория: Электротехника

Электрические двигатели


В бытовой технике в основном применяют электродвигатели переменного тока двух видов: коллекторные (электробритва, швейная машина, пылесос, универсальная кухонная машина, электродрель и др.) и асинхронные (стиральная машина, холодильник).
Коллекторный электродвигатель является универсальным. Он может работать от постоянного и переменного токов. Принцип действия двигателя основан на взаимодействии проводника (якоря) с электрическим током и магнитным полем, создаваемым электромагнитом (индуктором). Механическая сила, возникающая при таком взаимодействии, заставляет вращаться якорь (ротор). Направление движения проводника с током определяется по правилу левой руки. Электрический двигатель с вращающимся валом был впервые сконструирован в 1834 г. русским физиком Б.С. Якоби (1801-1874).

На рисунке ниже показано устройство коллекторного двигателя.

Станина и сердечник электромагнита двигателя переменного тока выполнена из листов электротехнической стали для уменьшения потерь энергии на нагревание сердечника. У двигателя постоянного тока эти детали в основном делают сплошными. Обмотка возбуждения электромагнита в двигателях переменного тока включается последовательно с обмоткой якоря. При таком соединении весь ток якоря проходит по обмотке возбуждения, обеспечивая большой пусковой момент двигателя.

Асинхронный двигатель не имеет коллектора и щеток, следовательно, в нем не возникает искра.
Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках короткозамкнутого ротора. По закону Ленца в проводниках наводится ток такого направления, что своим магнитным полем препятствует причине, его создающей, т.е. тормозит вращающееся магнитное поле. Поскольку ротор укреплен в подшипниках, то он приходит в движение в направлении вращения поля. Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора, поэтому такие двигатели называются асинхронными. Отставание вращения ротора относительно магнитного поля статора называется скольжением. Оно составляет 3-6%.
При скорости вращения магнитного поля 3000 об/мин ротор вращается со скоростью 2800 об/мин. Если в статор двигателя уложено шесть обмоток (две пары полюсов), то поле статора вращается со скоростью 1500 об/мин, а ротор — со скоростью 1400 об/мин.

На рисунке ниже изображен асинхронный двигатель в разобранном виде.

Конструктивно асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из двух основных частей: неподвижной части — статора и вращающейся части — ротора.

Статор имеет три обмотки, расположенные на кольцевом сердечнике и смещенные в пространстве на 120°, а ротор имеет обмотку в виде многих короткозамкнутых витков, уложенных на цилиндрическом сердечнике. Обмотка ротора без сердечника похожа на беличье колесо и называется коротко-замкнутой или обмоткой беличьего колеса. Она представляет собой стержни, замкнутые по торцам кольцами.
Асинхронные двигатели просты по устройству, надежны в работе. Они применяются во всех отраслях народного хозяйства. Из общего количества электродвигателей, изготавливаемых заводами, асинхронные двигатели составляют примерно 95%.
К недостаткам этих двигателей относятся: 1) невозможность получить постоянное и точное число оборотов на валу; 2) при пуске имеют большой ток; 3) чувствительны к колебаниям напряжения в сети.

Квартирная электропроводка является однофазной. Поэтому для использования трехфазного асинхронного двигателя в домашних условиях необходимо подключать дополнительно конденсаторы. На рис. справа показано включение трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Недостатком этого способа подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть является использование дорогостоящих бумажных конденсаторов большой емкости. Так, на каждые 100 Вт мощности нужен конденсатор емкостью 10 мкФ, рассчитанный на напряжение 250-450 В.
Наряду с трехфазными асинхронными двигателями применяются однофазные асинхронные двигатели. Эти двигатели имеют на статоре две обмотки: рабочую и пусковую. Обмотки расположены под углом 90° относительно друг друга. При включении в сеть обмоток образуется вращающееся магнитное поле и короткозамкнутый ротор приходит во вращение так же, как у трехфазного асинхронного двигателя. При этом появляется скольжение ротора и пусковая обмотка может быть отключена с помощью индукционного выключателя или специального реле.

Электродвигатели обладают большими преимуществами по сравнению с другими видами двигателей (паровыми, внутреннего сгорания): они экологичны—при работе не выделяют вредных газов, дыма или пара; экономичны — для них не нужен запас топлива и воды; их легко установить в любом доступном месте (на стене, под полом трамвая, троллейбуса, в корпусе игрушки и т. д.).
Для нужд народного хозяйства промышленность выпускает большое количество разнообразных электродвигателей: от миниатюрных, например для игрушек и моделей, до двигателей огромных размеров — для кораблей, электровозов. Электродвигатели различаются не только размерами, но и назначением, конструкцией, частотой вращения ротора.

На электротехнических предприятиях изготовлением электродвигателей занимаются рабочие разных профессий. Намотку катушек статора и ротора, соединение отдельных их частей осуществляют электромонтеры-обмотчики. Собирают электродвигатели слесари-сборщики. Они должны владеть навыками выполнения не только электромонтажных, но и слесарных работ.

Электродвигатели, их классификация

Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

В зависимости от назначения, от предполагаемых режимов и условий работы, от типа питания и т. д., все электродвигатели можно классифицировать по нескольким параметрам: по принципу получения рабочего момента, по способу работы, по роду тока питания, по способу управления фазами, по типу возбуждения и т. д. Давайте же рассмотрим классификацию электродвигателей более подробно.

Возникновение вращающего момента

Вращающий момент в электродвигателях может быть получен одним из двух способов: по принципу магнитного гистерезиса либо чисто магнитоэлектрически. Гистерезисный двигатель получает вращающий момент посредством явления гистерезиса во время перемагничивания магнитно-твердого ротора, в то время как у магнитоэлектрического двигателя вращающий момент является результатом взаимодействия явных магнитных полюсов ротора и статора.

Магнитоэлектрические двигатели по праву составляют сегодня львиную долю всего обилия электродвигателей, применяемых в очень многих областях. Они подразделяются по роду питающего тока на:

  • двигатели постоянного тока, 
  • двигатели переменного тока, 
  • универсальные двигатели.

В отличие от магнитоэлектрического двигателя, в гистерезисном двигателе допускается перемещение намагниченности ротора относительно его геометрических осей, и именно данная особенность не позволяет распространять на синхронный режим работы гистерезисного двигателя общие закономерности магнитоэлектрического преобразования. 

Классификация электродвигателей

Двигатели постоянного тока

У двигателя, который питается постоянным током, за переключение фаз отвечает сам двигатель. Это значит, что хотя на электрическую машину и подается постоянный ток, тем не менее, благодаря действию внутренних механизмов устройства, магнитное поле оказывается движущимся и становится в состоянии поддерживать вращающий момент ротора (как будто в обмотке статора действует переменный ток).

Устройство и приницип работы электродвигателя постоянного тока: 1 — якорь, 2 — вал, 3 — коллекторные пластины, 4 — щеточный узел, 5 — магнитопровод якоря, 6 — магнитопровод индуктора, 7 — обмотки возбуждения, 8 — корпус индуктора, 9 — боковые крышки, 10 — вентилятор, 11 — лапы, 12 — подшипники.

Электродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части, называемой индуктором, и подвижной части, называемой якорем. В зависимости от исполнения, место обмотки возбуждения на индукторе могут располагаться постоянные магниты, что позволяет упростить конструкцию, но не позволяет регулировать магнитный поток двигателя, влияющий на его скорость.

По способу создания движущегося магнитного поля, двигатели постоянного тока подразделяются на:

  • вентильные (бесколлекторные),
  • коллекторные.

Бесколлекторные двигатели имеют в своей конструкции электронные инверторы, которые и осуществляют переключение фаз. Коллекторные же двигатели традиционно оснащены щеточно-коллекторными узлами, которые призваны чисто механически синхронизировать питание обмоток двигателя с вращением его движущихся частей.

Возбуждение коллекторных двигателей

Коллекторные двигатели по способу возбуждения бывают следующих видов: с независимым возбуждением от постоянных магнитов или от электромагнитов, либо с самовозбуждением. Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов содержат магниты на роторе. Двигатели с самовозбуждением имеют на роторе специальную якорную обмотку, которая может быть включена параллельно, последовательно или смешано со специальной обмоткой возбуждения.

Двигатель пульсирующего тока

На двигатель постоянного тока похож двигатель пульсирующего тока. Отличие заключается в наличии шихтованных вставок на остове, а также дополнительных шихтованных полюсов. Кроме того, у двигателя пульсирующего тока имеется компенсационная обмотка. Применение такие двигатели находит в электровозах, где они обычно питается выпрямленным переменным током.

Двигатель переменного тока

Двигатели переменного тока, как ясно из названия, питаются током переменным. Бывают они синхронными и асинхронными. 

У синхронных двигателей переменного тока магнитное поле статора движется с той же угловой скоростью, что и ротор, а у асинхронных всегда есть некое отставание (характеризующееся величиной скольжения s) — магнитное поле статора в своем движении как бы опережает ротор, который в свою очередь все время стремится его догнать.

Синхронные двигатели больших мощностей (мощностью в сотни киловатт) имеют на роторе обмотки возбуждения. Роторы менее мощных синхронных двигателей оснащены постоянными магнитами, которые и образуют полюса. Гистерезисные двигатели тоже в принципе относятся к синхронным.

Шаговые двигатели — это особая категория синхронных двигателей с высокой точностью управления скоростью вращения, вплоть до дискретного счета шагов.

Вентильные синхронные реактивные двигатели получают питание через инвертор.

Асинхронные двигатели переменного тока отличаются тем, что у них угловая скорость вращения ротора всегда меньше чем угловая скорость вращения магнитного поля статора. Асинхронные двигатели бывают однофазными (с пусковой обмоткой), двухфазными (к ним относится и конденсаторный двигатель), трехфазными и многофазными.

Конструкция трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель состоит и неподвижной (статора) части и подвижной (ротора) частей, которые удерживаются подшипниками 1 и 11, установленными в боковые крышки 3 и 9. Ротор состоит из вала 2, на котором закреплен магнитопровод 5 с обмоткой. Статор двигателя состоит из корпуса 7, к которому прикреплен магнитопровод 6. В пазы магнитопровода уложена трехфазная обмотка 8. Так же к корпусу крепится крышка клеммной коробки 4 и защитный кожух 12 крыльчатки 10.

Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Одни концы катушек соединены в нулевую точку («звезда»), а другие – подключены к контактным кольцам. На кольца наложены щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой ротора. При такой конструкции возможно подсоединение к обмотке ротора пускового или регулировочного реостата, позволяющего менять электрическое сопротивление в цепи ротора.

Асинхронный двигатель с частотным преобразователем для плавного регулирования скороcти вращения вала за счет изменения частоты и питающего напряжения:

Универсальные коллекторные двигатели

Универсальный коллекторнй двигатель может работать хоть от постоянного, хоть от переменного тока (50 Гц). Имеет последовательное возбуждение, используется в бытовых электроприборах, где требуется скорость вращения более высокая чем максимальные для обычных двигателей переменного тока 3000 об/мин. Как правило, мощность таких двигателей не превышает 200 Вт. Встречается тиристорное управление скоростью вращения универсального двигателя.

Усовершенствованная разновидность универсального двигателя — синхронный двигатель с датчиком положения ротора, где роль коллектора выполняет электронный инвертор.

Ранее ЭлектроВести писали, что компания Renault готовит полностью электрическую версию своего маленького хетчбэка – Renault Twingo ZE. Новинка появится уже в этом году.

По материалам: electrik.info.

Электродвигатели

Электрические двигатели обычно состоят из двух частей. Первая – стационарная, или статор. Вторая – подвижная, или ротор, которая вращается внутри статора. В статоре находятся многочисленные обмотки. Проходящий по обмоткам электрический ток создает концентрированное магнитное поле, которое вращает ротор, в результате чего возникает механическая энергия. 
Вдоль оси статора сделаны специальные бороздки, в каждую из которых вставлен моток медной проволоки.

Чем более мощный двигатель, тем больше статор, и тем крупнее бороздки с мотками проволоки.

Первый шаг в производстве электрических двигателей – покрытие изоляцией бороздок, что обеспечивает поддержание напряжения на выводах мотков проволоки. Мотки состоят из множества витков медной проволоки, намотанных на станке с компьютерным управлением. Чем мощнее двигатель, тем больше витков в мотке.

Рабочие скрепляют витки проволоки на мотках для того, чтобы проволока не расходилась во время операции по установке мотков в бороздки статора. Каждый моток накрывается изоляцией из стекловолокна. Затем стекловолокном изолируется часть мотков, оставшихся за пределами бороздок. Далее, вставляются клинья из стекловолокна, чтобы заблокировать мотки в бороздках.

Когда все мотки вставлены и изолированы, рабочие начинают подготовку к сборке двигателя. Они надевают акриловые изоляционные трубки на оба конца мотка с проволокой, который имеет два вывода. Далее, изолированные провода собираются в силовые кабели. Количество проводов в силовом кабеле сильно варьируется в зависимости от напряжения данного типа оборудования.

Рабочие спаивают провода мотков и изолируют их, затем провода укладываются внутри статора и выводятся таким образом, чтобы они были доступны для последующего соединения к источнику энергии, когда двигатель будет установлен. Теперь с помощью термостойкого полиэфирного корда рабочие плотно связывают мотки для того, чтобы они не смещались во время работы двигателя. Этот узел связанных между собой мотков проволоки называется статором. Теперь рабочие погружают статор в емкость с лаком на основе полиэфира, что делает статор водонепроницаемым. Далее, статор помещают в печь при температуре 135-150 градусов Цельсия. Лак затвердевает и придает жесткость моткам проволоки в статоре. 

Следующий этап – балансировка ротора. Это очень важный этап, потому что, если ротор не сбалансирован, двигатель будет вибрировать, что недопустимо. Ротор балансируется так же, как колеса автомобиля. Только точность такой балансировки в несколько раз выше.

Ротор вставляется в статор. Эта операция выполняется с предельной осторожностью, чтобы не повредить статор. Ротор будет вращаться на стальных подшипниках, которые нагревают, чтобы произошло их расширение, тем самым установка облегчается.

Затем подшипники охлаждаются струей воздуха, и проверяется плотность их посадки на ротор. Такой же процесс происходит с задней стенкой двигателя.

Рабочие нагревают вентилятор и устанавливают его на вал ротора. Роль вентилятора состоит в том, чтобы охлаждать работающий двигатель и предохранять его от перегрева. Вентилятор закрывается защитным кожухом. Готовый двигатель проходит ряд испытаний для оценки качества изоляции и его работоспособность в целом. Такие промышленные двигатели предназначены для использования на заводах в таком оборудовании, как ленточные конвейеры, насосы, вентиляторы и компрессоры.

Электродвигатель переменного тока | Техника и человек

Электрические двигатели давно и прочно заняли лидирующие позиции среди силовых агрегатов различного типа оборудования. Их можно найти в автомобиле и в пылесосе, в сложнейших станках и в обычных детских игрушках. Они есть практически везде, хотя и отличаются между собой типом, строением и рабочими характеристиками.

Электродвигатели – это силовые агрегаты, способные превращать электрическую энергию в механическую. Различают два их основных вида: двигатели переменного и постоянного тока. Разница между ними, как понятно из названия, заключается в типе питающего тока. В данной статье речь пойдет о первом виде – электродвигателе переменного тока

Устройство и принцип работы

Основная движущая сила любого электрического двигателя – электромагнитная индукция. Электромагнитная индукция, если описать ее в двух словах – это появление силы тока в проводнике, помещенном в переменное магнитное поле. Источником переменного магнитного поля является неподвижный корпус двигателя с размещенными на нем обмотками – статор, подключенный к источнику переменного тока. В нем расположен подвижный элемент – ротор, в котором и возникает ток. По закону Ампера на заряженный проводник, помещенный в магнитное поле, начинает действовать электродвижущая сила – ЭДС, которая вращает вал ротора. Таким образом, электрическая энергия, которая подается на статор, превращается в механическую энергию ротора. К вращающемуся валу можно подключать различные механизмы, выполняющие полезную работу.

Электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Разница между ними в том, что в первых ротор и магнитное поле статора вращаются с одной скоростью, а во вторых ротор вращается медленнее, чем магнитное поле. Отличаются они и по устройству, и по принципу работы.

Асинхронный двигатель

Устройство асинхронного двигателя

На статоре асинхронного двигателя закреплены обмотки, создающие переменное вращающееся магнитное поле, концы которой выводятся на клеммную коробку. Поскольку при работе двигатель нагревается, на его валу устанавливается вентилятор системы охлаждения.

Ротор асинхронного двигателя выполнен с валом как одно целое. Он представляет собой металлические стержни, замкнутые между собой с двух сторон, из-за чего такой ротор еще именуется короткозамкнутым. Своим видом он напоминает клетку, поэтому его часто называют «беличьим колесом» Более медленное вращение ротора в сравнении с вращением магнитного поля – результат потери мощности при трении подшипников. Кстати, если бы не было этой разницы в скорости, ЭДС бы не возникала, а без нее не было бы и тока в роторе и самого вращения.

Магнитное поле вращается за счет постоянной смены полюсов. При этом соответственно меняется направление тока в обмотках. Скорость вращения вала асинхронного двигателя зависит от числа полюсов магнитного поля.

Синхронный двигатель

Устройство синхронного двигателя

Устройство синхронного электродвигателя немного отличается. Как понятно из названия, в этом двигателе ротор вращается с одной скоростью с магнитным полем. Он состоит из корпуса с закрепленными на нем обмотками и ротора или якоря, снабженного такими же обмотками. Концы обмоток выводятся и закрепляются на коллекторе. На коллектор или токосъемное кольцо подается напряжение посредством графитовых щеток. При этом концы обмоток размещены таким образом, что одновременно напряжение может подаваться только на одну пару.

В отличие от асинхронных на ротор синхронных двигателей напряжение подается щетками, заряжая его обмотки, а не индуцируется переменным магнитным полем. Направление тока в обмотках ротора меняется параллельно с изменением направления магнитного поля, поэтому выходной вал всегда вращается в одну сторону. Синхронные электродвигатели позволяют регулировать скорость вращения вала путем изменения значения напряжения. На практике для этого обычно используются реостаты.

Краткая история создания

Впервые возможность превратить электричество в механическую энергию открыл британский ученый М.Фарадей еще в 1821 году. Его опыт с проводом, помещенным в ванну с ртутью, оснащенной магнитом, показал, что при подключении провода к источнику электроэнергии он начинает вращаться. Этот нехитрый опыт наверняка многие помнят по школе, правда, ртуть там заменяется безопасным рассолом. Следующим шагом в изучении этого феномена было создание униполярного двигателя – колеса Барлоу. Никакого полезного применения он так и не нашел, зато наглядно демонстрировал поведение заряженного проводника в магнитном поле.

На заре истории электродвигателей ученые пытались создать модель с сердечником, двигающимся в магнитном поле не по кругу, а возвратно-поступательно. Такой вариант был предложен, как альтернатива поршневым двигателям. Электродвигатель в привычном для нас виде впервые был создан в 1834 году русским ученым Б.С. Якоби. Именно он предложил идею использования вращающегося в магнитном поле якоря, и даже создал первый рабочий образец.

Первый асинхронный двигатель, в основе работы которого заложено вращающееся магнитное поле, появился в 1870 году. Авторами эффекта вращающегося магнитного поля независимо друг от друга стали два ученых: Г.Феррарис и Н. Тесла. Последнему принадлежит также идея создания бесколлекторного электродвигателя. По его чертежам были построены несколько электростанций с применением двухфазных двигателей переменного тока. Следующей более удачной разработкой оказался трехфазный двигатель, предложенный М.О. Доливо-Добровольским. Его первая действующая модель была запущена в 1888 году, после чего последовал ряд более совершенных двигателей. Этот русский ученый не только описал принцип действия трехфазного электродвигателя, но и изучал различные типы соединений фаз (треугольник и звезда), возможность использование разных напряжений тока. Именно он изобрел пусковые реостаты, трехфазные трансформаторы, разработал схемы подключения двигателей и генераторов.

Особенности электродвигателя переменного тока, его достоинства и недостатки

На сегодня электродвигатели являются одними из самых распространенных видов силовых установок, и тому есть немало причин. У них высокий КПД порядка 90%, а иногда и выше, довольно низкая себестоимость и простая конструкция, они не выделяют вредных веществ в процессе эксплуатации, дают возможность плавно менять скорость во время работы без использования дополнительных механизмов типа коробки передач, надежны и долговечны.

Среди недостатков всех типов электромоторов — отсутствие высокоемкостного аккумулятора электроэнергии для автономной работы.

Основное отличие электродвигателя переменного тока от его ближайшего родственника – электродвигателя постоянного тока – заключается в том, что первый питается переменным током. Если сравнивать их функциональные возможности, первый менее мощный, у него сложно регулировать скорость в широком диапазоне, он имеет меньший КПД.

Если же сравнивать асинхронный и синхронный электродвигатель переменного тока, то первый имеет более простую конструкцию и лишен «слабого звена» — графитовых щеток. Именно они обычно первыми выходят из строя при поломке синхронных двигателей. Вместе с тем, у него сложно получить и регулировать постоянную скорость, которая зависит от нагрузки. Синхронные двигатели позволяют регулировать скорость вращения с помощью реостатов.

Сфера применения

Электродвигатели переменного тока широко используются практически во всех сферах. Ими оснащаются электростанции, их используют в автомобиле- и машиностроении, есть они и в домашней бытовой технике. Простота их конструкции, надежность, долговечность и высокий показатель КПД делает их практически универсальными.

Асинхронные двигатели нашли применение в приводных системах различных станков, машин, центрифуг, вентиляторов, компрессоров, а также бытовых приборов. Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее распространенными и востребованными. Синхронные двигатели используются не только в качестве силовых агрегатов, но и генераторов, а также для привода крупных установок, где важно контролировать скорость.

Схема подключения электродвигателя к сети

Электродвигатели переменного тока бывают трех и однофазные.
Асинхронные однофазные двигатели имеют на корпусе 2 вывода и подключить их к сети не составляет трудности. Т.к. вся бытовая электрическая сеть в основном однофазная 220В и имеет 2 провода — фаза и ноль. С синхронными все намного интереснее, их тоже можно подключить с помощью 2 проводов, достаточно обмотки ротора и статора соединить. Но соединять их нужно так, чтобы обмотки однополюсного намагничивания ротора и статора располагались напротив друг друга.
Сложности представляют двигатели для 3ех фазной сети. Ну во-первых у таких двигателей в основном в клеммной коробке 6 выводов и это означает что обмотки двигателя нужно подключать самому, а во-вторых их обмотки можно подключать разными способами — по типу «звезда» и «треугольник». Ниже приведен рисунок соединения клем в клеммной коробке, в зависимости от типа соединения обмоток.

Подключение одного и того же электродвигателя разным способом в одну и туже электрическую сеть приведет к потреблению разной мощности. При этом не правильное подключение электродвигателя, может привести к расплавлению обмоток статора.

Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в  раз.  Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних. В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

 

Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рисунке. Обмотка ротора этого двигате­ля соединена с пусковым реостатом ЯР, создающим в цепи рото­ра добавочное сопротивление Rдобав.

Электродвигатели

— MagLab

Подробная инструкция для учителей по проведению практического занятия по электродвигателям.

Охваченные концепции

Время

Это занятие занимает от 45 минут до часа.

Фон

Электродвигатель состоит из двух частей: статора и ротора. В двигателе статор — это часть, которая остается неподвижной, а ротор — это часть, которая движется. Основным принципом для всех работающих двигателей является магнитное притяжение и отталкивание.Поскольку магнит больше не движется после притяжения, двигателю нужен какой-то способ манипулировать магнитными полями, чтобы магниты непрерывно притягивались и отталкивались. Один из способов сделать это — иметь текущее изменение направления. Поскольку электричество переменного тока чередуется, оно естественным образом меняет магнитные поля на противоположные с каждым изменением.

Зачем это нужно делать в классе

  • Поощрять следующие навыки процесса научного исследования: прогнозирование, наблюдение, разработка гипотез и умение делать выводы
  • Чтобы помочь студентам понять взаимосвязь между электричеством и магнетизмом
  • Разрешить учащимся управлять переменными и записывать изменения

Стандарты

Научные стандарты нового поколения для этого вида деятельности:

Элементарный: 3-PS2-3, 3-PS2-4, 4-PS3-4, 3-5-ETS1-3
Средний: MS-PS2-3, MS-PS2-5
Высокий: HS-PS2-5, HS-PS3-5

Материалы

  • D аккумулятор
  • # 20 Медный магнитный провод
  • 2 Скрепки
  • Резинка
  • Кольцо или дисковый магнит
  • Наждачная бумага

Процедура

  1. Оберните магнитный провод вокруг батареи D.С каждого конца оставьте по 3-5 см хвостик. Осторожно уберите завитки с батареи и намотайте хвосты на противоположные стороны катушки. Получившаяся форма должна выглядеть как круг с двумя линиями, идущими с противоположных концов.
  2. Используйте мелкую наждачную бумагу, чтобы удалить изоляцию с одного из хвостовиков и только с верхней половины противоположного хвоста.
  3. Расправьте хвосты так, чтобы они были точно напротив друг друга. Проще всего это сделать, если катушка лежит на столе ровно.Это будет ваша арматура для вашего мотора.
  4. Разверните две скрепки и согните их в опоры для хвостов якоря. Они будут подвешивать катушку над блоком батареи / магнита.
  5. Используйте резиновую ленту, чтобы удерживать по одной канцелярской скрепке на каждой батарее (+ и -).
  6. Поместите магнит на стороне батареи посередине между двумя опорами для скрепок. Магнит должен притягиваться к батарее.
  7. Установите якорь в опоры для скрепок.Убедитесь, что ему разрешено свободно вращаться.

Ваша установка должна выглядеть так:

Что происходит

Когда оголенные части якоря соприкасаются, якорь касается опор, течет ток, и он становится электромагнитом. Якорь отреагирует на магнитное поле постоянного магнита и переместится. По мере движения изолированная часть якоря будет контактировать с опорами, и ток прекратится, в результате чего магнитное поле якоря исчезнет, ​​что снова приведет к перемещению якоря.Когда он возвращается в исходное положение, весь процесс начинается снова и повторяется, вызывая непрерывное движение и создавая электродвигатель.


За дополнительной информацией обращайтесь к преподавателю MagLab Карлосу Вилле.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с электропоезда с дистанционным управлением автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены.Сколько электрических моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два в вашем компьютере для начала, один круто ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы; На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые. Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то. Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной постоянной подковы магнит.Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный объяснение. Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом. либо притягивать, либо отталкивать.Таким же образом временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки. рука так, чтобы все три были под прямым углом.Если вы укажете вторым пальцем в направлении Течения (который течет от положительного к положительному отрицательная клемма АКБ), а Первая палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), ваш thuMb будет показать направление, в котором провод Движется.

Это …

  • Первый палец = Поле
  • SeCond палец = текущий
  • ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает мое мнение о том, что ток течет с положительного на отрицательный, это просто историческая конвенция.Такие люди, как Бенджамин Франклин, которые помогли разобраться тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов, так что она перетекала с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током. и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению по отношению к обычному току.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель. на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867). и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что эффективно два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них отводит электрический ток от нас по проводам, а другой один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в в противоположных направлениях проводов, Правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов двинется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась. непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернется, и электрический ток будет течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя в любом месте.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, что известно как переменный ток (AC). В виде небольших батарейных двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент назвал коммутатором концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В своей простейшей форме Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных разъемы, называемые щетками, сделал либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «задела» коммутатор. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не может большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент) что двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

  • По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
  • Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью — и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры), как правило, используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает питание от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

  • Когда вы запитываете постоянный ток, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
  • Когда вы подаете переменный ток, однако, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила, действующая на катушку, всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре и постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах. Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с электропоезда с дистанционным управлением автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены.Сколько электрических моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два в вашем компьютере для начала, один круто ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы; На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые. Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то. Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной постоянной подковы магнит.Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный объяснение. Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом. либо притягивать, либо отталкивать.Таким же образом временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки. рука так, чтобы все три были под прямым углом.Если вы укажете вторым пальцем в направлении Течения (который течет от положительного к положительному отрицательная клемма АКБ), а Первая палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), ваш thuMb будет показать направление, в котором провод Движется.

Это …

  • Первый палец = Поле
  • SeCond палец = текущий
  • ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает мое мнение о том, что ток течет с положительного на отрицательный, это просто историческая конвенция.Такие люди, как Бенджамин Франклин, которые помогли разобраться тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов, так что она перетекала с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током. и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению по отношению к обычному току.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель. на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867). и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что эффективно два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них отводит электрический ток от нас по проводам, а другой один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в в противоположных направлениях проводов, Правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов двинется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась. непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернется, и электрический ток будет течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя в любом месте.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, что известно как переменный ток (AC). В виде небольших батарейных двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент назвал коммутатором концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В своей простейшей форме Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных разъемы, называемые щетками, сделал либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «задела» коммутатор. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не может большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент) что двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

  • По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
  • Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью — и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры), как правило, используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает питание от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

  • Когда вы запитываете постоянный ток, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
  • Когда вы подаете переменный ток, однако, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила, действующая на катушку, всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре и постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах. Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с электропоезда с дистанционным управлением автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены.Сколько электрических моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два в вашем компьютере для начала, один круто ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы; На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые. Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то. Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной постоянной подковы магнит.Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный объяснение. Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом. либо притягивать, либо отталкивать.Таким же образом временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки. рука так, чтобы все три были под прямым углом.Если вы укажете вторым пальцем в направлении Течения (который течет от положительного к положительному отрицательная клемма АКБ), а Первая палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), ваш thuMb будет показать направление, в котором провод Движется.

Это …

  • Первый палец = Поле
  • SeCond палец = текущий
  • ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает мое мнение о том, что ток течет с положительного на отрицательный, это просто историческая конвенция.Такие люди, как Бенджамин Франклин, которые помогли разобраться тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов, так что она перетекала с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током. и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению по отношению к обычному току.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель. на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867). и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что эффективно два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них отводит электрический ток от нас по проводам, а другой один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в в противоположных направлениях проводов, Правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов двинется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась. непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернется, и электрический ток будет течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя в любом месте.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, что известно как переменный ток (AC). В виде небольших батарейных двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент назвал коммутатором концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В своей простейшей форме Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных разъемы, называемые щетками, сделал либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «задела» коммутатор. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не может большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент) что двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

  • По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
  • Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью — и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры), как правило, используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает питание от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

  • Когда вы запитываете постоянный ток, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
  • Когда вы подаете переменный ток, однако, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила, действующая на катушку, всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре и постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах. Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Электродвигатели

Что внутри электродвигателя?

Катушка ротора

Катушка сделана из медной проволоки, потому что медь — отличный проводник. Он наматывается на арматуру. Катушка становится электромагнитом, когда через нее протекает ток.

Арматура

Якорь поддерживает катушку и может помочь сделать электромагнит сильнее.Это делает мотор более эффективным.

Постоянные магниты

Есть два постоянных магнита. Они создают постоянное магнитное поле, так что катушка будет вращаться, когда в ней протекает ток.

Некоторые двигатели имеют электромагниты вместо постоянных магнитов (Рисунок 9). Они сделаны из большего количества катушек медной проволоки.

Коммутатор

Каждый конец катушки подключен к одной из двух половин коммутатора. Коммутатор меняет местами контакты каждые пол-оборота.Ротор на Рисунке 8 имеет две катушки, поэтому для него необходимы четыре сегмента коммутатора.

Кисти

Щетки давят на коммутатор. Они поддерживают контакт с коммутатором, даже если он вращается. Ток течет в двигатель и выходит через щетки. В настоящих двигателях щетки сделаны из угля.

S тележка

Каркас из магнитного материала связывает два постоянных магнита и, по сути, превращает их в один подковообразный магнит.

Рисунок 6: Детали модели двигателя постоянного тока. Двигатели постоянного тока с питанием от низковольтных батарей приводят в движение моторизованные игрушки. Их легко разобрать. Вы можете обнаружить, что они используют несколько катушек и имеют соответствующий многосегментный коммутатор.

Рисунок 7 — Простой двухполюсный двигатель постоянного тока (один N и один S).

Почему он поворачивается?

На странице, посвященной электромагнитам, показано, как катушка с проволокой становится магнитом, когда через нее протекает электрический ток.Катушка двигателя, намотанная на якорь, становится электромагнитом, но электромагнит находится внутри второго постоянного магнитного поля. Эти поля взаимодействуют как два стержневых магнита. Результатом является притяжение или отталкивание, в зависимости от текущего направления. Ток течет в одном направлении справа от катушки и в противоположном направлении слева.

Сила, действующая на провод, направлена ​​под прямым углом к ​​магнитному полю, а также под прямым углом к ​​току. Это называется моторным эффектом.Правило Флеминга использует ваши пальцы, расположенные под прямым углом друг к другу, чтобы предсказать силу, действующую на провод в магнитном поле. Для моторов вы используете левую руку.

См. Рис. 7. Когда ток включен, он течет в направлении зеленой стрелки и вызывает восходящую силу. Попытайтесь сопоставить схему левой рукой. Поскольку он течет обратно вниз с другой стороны в противоположном направлении, он вызывает силу, направленную вниз. Двигайте рукой, чтобы соответствовать этому направлению. Силы объединяются, чтобы вращать катушку.

Это может работать только на пол-оборота. Разъем с разрезным кольцом, называемый коммутатором, меняет местами соединения, чтобы можно было начать следующую половину оборота. Это происходит на каждые пол-оборота, поэтому двигатель вращается. Электрический ток через щетки подается в катушку.

Так работает электродвигатель постоянного тока. Электродвигатели переменного тока более сложны, но по-прежнему действует правило Флеминга.

Электродвигатель — Технический центр Эдисона

В электродвигатель был впервые разработан в 1830-х годах, через 30 лет после первая батарея.Интересно, что мотор был разработан до появления первых динамо-машина или генератор.

Выше: Первый мотор Davenport

1.) История и изобретатели:

1834 — Томас Дэвенпорт из Вермонта разработал первый настоящий электродвигатель («настоящее» значение достаточно мощный, чтобы выполнить задачу) хотя Джозеф Генри и Майкл Фарадей создал ранние устройства движения с использованием электромагнитных полей.Ранние «моторы» создавали вращающиеся диски или рычаги, которые качался взад и вперед. Эти устройства не могли сделать никакой работы для человечества. но были важны для того, чтобы проложить путь к лучшим двигателям в будущем. Различные двигатели Давенпорта были возможность запускать модельную тележку по круговой колее и другие задачи. Позже тележка оказалась первым важным приложением. электроэнергии (это была не лампочка).Рудиментарный полноразмерные электрические тележки были наконец построены через 30 лет после смерти Давенпорта в 1850-х годах.

Влияние электродвигателя на мир перед лампочками:
Тележки и подключенные энергосистемы стоили очень дорого. строили, но перевозили миллионы людей на работу в 1880-е годы. До того как рост электросети в 1890-х гг. большинство людей (средний и низкие классы) даже в городах не было электрического света в дом.

Только в 1873 году электродвигатель наконец добился коммерческого успеха. С 1830-х годов тысячи инженеров-новаторов улучшили двигатели и создали много вариаций. См. Другие страницы для получения более подробной информации об огромной истории электродвигателя.

Выводы двигателя к генератору:
После слабые электродвигатели были разработаны Фарадеем и Генри, другой Первопроходец по имени Ипполит Пикси понял это, запустив двигаясь задом наперед, он мог создавать импульсы электричества.К 1860-м годам разрабатывались мощные генераторы. Электротехническая промышленность не могла начаться, пока генераторы были разработаны, потому что батареи не были экономичным способом получения энергии потребности общества. Подробнее о генераторах и динамо здесь>

2.) Как работают моторы

Электродвигатели могут работать от переменного (AC) или постоянного (DC) тока.Двигатели постоянного тока были разработаны первыми и имеют определенные преимущества и недостатки. Каждый тип мотора работает по-разному, но все они используют силу электромагнитного поля. Мы поговорим об основных принципах электромагнитных полей. в двигателях, прежде чем вы сможете перейти к различным типам двигателей.

переменного тока электродвигатели используют вторичную и первичную обмотку (магнит), первичную подключен к сети переменного тока (или непосредственно к генератору) и находится под напряжением.Вторичный получает энергию от первичной обмотки, не касаясь ее напрямую. Это делается с помощью сложные явления, известные как индукция.

Справа: инженер работает над кастомными модификациями дрона-октокоптера. Восемь крошечных DC двигатели создают достаточно мощности, чтобы поднять килограммы полезной нагрузки. Более новые конструкции двигателей, подобные этому, используют редкоземельные металлы в статоре для создания более сильных магнитных полей в меньших и более легких пакеты.

Выше: универсальный двигатель, обычно используемый в большинстве электроинструментов. Имеет тяжелый плотный ротор. Выше: асинхронный двигатель может иметь «беличью клетку» или полый вращающийся катушка или тяжелый якорь.

2.a) Детали электродвигателя:

Есть много видов электродвигателей, но в целом они имеют похожие детали. Каждый мотор имеет статор , который может быть постоянным магнитом (как показано выше в «универсальном двигателе») или намотанными изолированными проводами. (электромагнит, как на фото вверху справа). Ротор находится посередине (большую часть времени) и подлежит к магнитному полю создается статором.Ротор вращается, поскольку его полюса притягиваются и отталкиваются полюсами статора. Смотрите наши видео ниже, показывающее, как это работает. В этом видео рассматривается бесщеточный двигатель постоянного тока, ротор которого находится снаружи, в других двигателях. тот же принцип обратный, с электромагнитами снаружи. Видео (1 минута):

Мощность мотора:
Сила двигателя (крутящий момент) определяется напряжением и длина провода электромагнита в статоре, чем длиннее провод (что означает больше катушек в статоре), тем сильнее магнитное поле.Это означает больше мощности для повернуть ротор. Смотрите наше видео, которое относится как к генераторам, так и к двигателям. Узнать больше.

Арматура — вращающаяся часть двигателя — это раньше называлось ротором, это поддерживает вращающиеся медные катушки. На фото ниже вы не видите катушки, потому что они плотно заправлены в якорь. Гладкий корпус защищает катушки от повреждений.

Статор — Корпус и катушки, составляющие внешнюю часть двигателя. В статор создает стационарное магнитное поле.

Выше: В этом статоре отчетливо видны четыре отдельные катушки (якорь был удалено)

Обмотка или «Катушка» — медные провода, намотанные на сердечник для создания или получить электромагнитную энергию.

Провода, используемые в обмотки ДОЛЖНЫ быть изолированы. На некоторых фото вы увидите, что выглядит как обмотки из голого медного провода, это не так, это просто эмалированная с прозрачным покрытием.

Медь это самый распространенный материал для обмоток. Алюминий также используется но должен быть толще, чтобы нести такую ​​же электрическую безопасно загружать.Медные обмотки позволяют использовать двигатель меньшего размера. Подробнее о меди>

Перегорание мотора, устранение неисправностей:
Если двигатель работает слишком долго или с чрезмерной нагрузки, он может «сгореть». Это означает, что высокая температура вызвала изоляция обмотки может сломаться или оплавиться, а затем обмотки закорочены когда они касаются друг друга, и двигатель поврежден. Вы также можете сжечь двигатель, подав на него большее напряжение, чем обмоточные провода рассчитаны на.В этом случае проволока расплавится в самом слабом месте, разорвав соединение. Ты можешь проверьте двигатель, чтобы увидеть, не перегорел ли он таким образом, проверив сопротивление (сопротивление) с помощью мультиметра. Как правило, при проверке двигателя вы должны искать черные метки на обмотках.


Squirrel Cage — вторая катушка в асинхронном двигателе, см. Ниже чтобы увидеть, как это работает
Индукция — генерация электродвижущей силы в замкнутом цепь изменяющимся магнитным потоком через цепь.В сети переменного тока уровень мощности повышается и понижается, это заряжает обмотку на момент создания магнитного поля. Когда мощность падает в цикле магнитное поле не может поддерживаться, и оно схлопывается. Это действие передает мощность через магнетизм на другую обмотку или катушку. УЧИТЬ БОЛЬШЕ об индукции здесь.

3.) Типы электродвигателей переменного тока

Двигатели переменного тока:

3.а) Индукция Двигатель
3.b) Универсальный двигатель (можно использовать постоянный или переменный ток)
3.c) Синхронные двигатели
3.d) Двигатели с экранированными полюсами


См. Нашу страницу, посвященную асинхронным двигателям, здесь>

Это мощный двигатель, который можно использовать с мощность переменного и постоянного тока.

Преимущества :
— Высокий пусковой крутящий момент и небольшой размер (хорошо для общего использования в бытовые электроинструменты)
-Может работать на высоких скоростях (отлично подходит для стиральных машин и электродрелей)

Недостатки:
— Щетки со временем изнашиваются

Использует: приборы, ручной электроинструмент

Посмотреть видео ниже:


3.в) синхронный Моторы (Selsyn Motor)

Этот мотор аналогичен асинхронному двигателю, за исключением того, что он движется с частотой сети.

Мотор Selsyn был разработан в 1925 году и сейчас известен как Synchro. Узнать больше о их здесь.


Преимущества: Обеспечивает постоянную скорость, которая определяется количество полюсов и частота подаваемого переменного тока.
Недостатки: Не может работать с переменным крутящим моментом, этот двигатель будет остановиться или «вытащить» с заданным крутящим моментом.
Использует: часы использует синхронные двигатели для обеспечения точной скорости вращения Руки. Это аналог двигателя , и хотя скорость точная, шаговый двигатель лучше подходит для работы с компьютерами, так как он функционирует на жестких «ступенях» разворота.

Этот мотор одинарный фазный двигатель переменного тока.Имеет только одну катушку с поворотным валом. в центре, отставание потока, проходящего вокруг катушки, вызывает сила магнита, чтобы двигаться по катушке. Это получает центральный вал с вращением вторичной обмотки.

Цилиндр изготовлен из стали и имеет медные стержни, встроенные по длине в цилиндр поверхность.


Преимущества: достигает высокого уровня крутящего момента, когда ротор начал быстро вращаться.
Используется в вентиляторах, приборах

Недостатки: медленный запуск, низкий крутящий момент для запуска. Используется в вентиляторах, обратите внимание на медленный старт фанатов.
Этот двигатель также используется в стоках стиральных машин, открывателях консервных банок и прочая бытовая техника.
Другие виды двигателей лучше подходят для более мощных нужд выше 125 Вт.

Посмотреть видео ниже:


4.) Двигатели постоянного тока (DC):

Двигатели постоянного тока были первым видом электродвигателей. Обычно они составляют 75-80% эффективный. Они хорошо работают на регулируемых скоростях и обладают большим крутящим моментом.

4.a) Общая информация
4.b) Щеточные двигатели постоянного тока
4.b.1) Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
4.b.2) Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой
4.b.3) Двигатели для блинов
4.b.4) Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
4.b.5) С раздельным возбуждением (Sepex)
4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока
4.c.1) Шаговый двигатель
4.c.2) Двигатели постоянного тока без сердечника / без сердечника


Матовый Двигатели постоянного тока:

Первый DC двигатели использовали щетки для передачи тока на другую сторону двигателя. Кисть названа так потому, что сначала имела форму метлы.Маленькие металлические волокна терлись о вращающуюся часть мотора. поддерживать постоянный контакт. Проблема с кистями в том, что они изнашиваются со временем из-за механики. Кисти будут создавать искры из-за трения. Парки часто плавили изоляцию и становились причиной коротких замыканий. в арматуре и даже переплавил коммутатор.

Первые моторы использовались на уличных железных дорогах.

Использует сплит кольцевой коммутатор со щетками.
Преимущества:
-Используется во множестве приложений, имеет простой контроль скорости с помощью уровня напряжения для управления.
-Имеет высокий пусковой момент (мощный пуск)
Ограничения: щетки создают трение и искры, это может привести к перегреву устройство и плавить / сжигать щетки, поэтому максимальная скорость вращения ограничено. Искры также вызывают радиочастоты. вмешательство. (RFI)

Есть пять типов двигателей постоянного тока с щетками:
Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
Двигатель с обмоткой серии постоянного тока
Составной двигатель постоянного тока — совокупный и дифференциально смешанный двигатель
Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Двигатель с раздельным возбуждением
Блинный двигатель

Бесщеточный Двигатели постоянного тока:

Щетка заменен внешним электрическим выключателем, который синхронизируется с положение двигателя (он изменит полярность по мере необходимости, чтобы сохранить вал двигателя вращается в одном направлении)
— Более эффективен, чем щеточные двигатели
— Используется, когда контроль скорости должен быть точным (например, в дисководах, ленте машины, электромобили и т. д.)
-Долгий срок службы, так как работает при более низкой температуре и нет щеток изнашиваться.

Типы бесщеточные двигатели постоянного тока:
Шаговый двигатель
Двигатели постоянного тока без сердечника / без сердечника

4.b) ЩЕТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

4.b.1) DC Шунтирующий двигатель

Шунт постоянного тока Электродвигатель подключен так, что катушка возбуждения подключена параллельно с арматура.Обе обмотки получают одинаковое напряжение. Катушка шунтирующего поля намотан множеством витков тонкой проволоки для создания высокого сопротивления. Этот гарантирует, что катушка возбуждения будет потреблять меньше тока, чем якорь (ротор).

Арматура (как видно выше, это длинная толстая вращающаяся цилиндрическая часть) имеет толстую медные провода, чтобы через них проходил большой ток, завести мотор.

В качестве арматуры витков (см. фото ниже) ток ограничен противоэлектродвижущим сила.

Сила катушки шунтирующего поля определяет скорость и крутящий момент двигателя.

Преимущества: Шунтирующий двигатель постоянного тока регулирует свою скорость. Это означает, что если загрузка При добавлении якоря замедляется, КЭДС уменьшается, в результате чего якорь ток увеличивается. Это приводит к увеличению крутящего момента, что помогает переместить тяжелый груз. При снятии нагрузки якорь ускоряется, CEMF увеличивается, что ограничивает ток, а крутящий момент уменьшается.

Конвейер Пример ленты : Представьте, что конвейерная лента движется с заданной скоростью, затем в пояс входит тяжелая коробка. Этот тип двигателя будет поддерживать движение ремня. с постоянной скоростью независимо от того, сколько коробок движется по ленте.

Посмотреть видео ниже, демонстрирующее действие параллельного двигателя постоянного тока !:

4.б.2) DC двигатель с последовательным заводом

Двигатель с серийной обмоткой — это двигатель постоянного тока с самовозбуждением. Обмотка возбуждения подключена внутри последовательно с обмоткой ротора. Таким образом обнажается обмотка возбуждения в статоре. до полного тока, создаваемого обмоткой ротора.

Этот тип двигателя похож на двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, за исключением того, что обмотки возбуждения сделаны из более тяжелого провода, поэтому он может выдерживать более высокие токи.

Применение: Этот тип двигателя используется в промышленности в качестве пускового двигателя из-за большого крутящего момента.

Подробнее о двигателе с последовательным заводом:
Артикул 1
Статья 2

4.b.3) Блин Двигатель постоянного тока (также известный как двигатель с печатным якорем)

Блин мотор — мотор без железа.Большинство двигателей имеют медную обмотку. железный сердечник.

Видео с демонстрацией примеры мотора-блинчика:

Преимущества:
Точное регулирование скорости, плоский профиль, не имеет зубцов, которые возникают утюгом в электромагните

Недостатки:
плоская форма не подходит для всех приложений

Имеет обмотку в форме плоского эпоксидного диска между двумя магнитами с сильным магнитным потоком.Это полностью без железа, что делает большую эффективность. Используется в сервоприводах, был первым спроектирован как электродвигатели стеклоочистителя и видеоиндустрии, так как он был очень плоским в профиль и имел хороший контроль скорости. Компьютеры и видео / аудио запись всей использованной магнитной ленты, точный и быстрый контроль скорости был был нужен, поэтому для этого был разработан мотор-блин. Сегодня это используется во множестве других приложений, включая робототехнику и сервосистемы.

4.b.4) Составной двигатель постоянного тока (накопительный и дифференциально-составной)

Это еще один самовозбуждающийся двигатель с последовательными и шунтирующими катушками возбуждения. Он имеет эффективное регулирование скорости и приличный пусковой крутящий момент.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.b.5) Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

Этот тип двигателя хорошо работает на высоких оборотах и ​​может быть очень компактным.
Область применения: компрессоры, другое промышленное применение.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.б.6) Отдельно возбужденный (сепекс)

SepEx имеет обмотку возбуждения, которая питается отдельно от якоря с прямым текущий сигнал. Полевой магнит также имеет собственный источник постоянного тока. В результате вы увидите это Тип двигателя имеет четыре провода — 2 для возбуждения и 2 для якоря.

Этот двигатель — щеточный двигатель постоянного тока. который имеет более широкие кривые крутящего момента, чем двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока:

4.c.1) Шаговый Мотор

Степпер мотор — тип бесщеточного мотора, который перемещает центральный вал один часть хода за раз.Это делается с помощью зубчатых электромагнитов. вокруг куска железа в форме централизованной шестерни. Есть много видов шаговых двигателей. Они используются в системах, которые перемещают объекты с высокой точностью. положение, как сканер , дисковод и промышленная лазерная резьба устройства .

Посмотреть видео шагового двигателя в действии ниже:

4.в.2) Без сердечника / Двигатели постоянного тока без железа

Медь намотанная или алюминиевый сердечник вращается вокруг магнита без использования железа. Этот делается путем придания цилиндрической формы.
Преимущество: легкий и быстрый запуск отжима (используется в компьютере жестких дисков)
Недостаток: легко перегревается, так как железо обычно действует как радиатор, для охлаждения необходим вентилятор.

Подробнее об этом типе двигателя см. Здесь.

Источники:
Документы Джозефа Генри — Смитсоновский институт
Denver Electric Motor Company
Стив Нормандин
Википедия
Томас Дэвенпорт — доктор Фрэнк Уикс мл.
DIY Электромобиль


Связанные темы:

Как работает электродвигатель в автомобиле

Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора.Статор состоит из трех частей: сердечника статора, токопроводящей проволоки и рамы. Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, которые изолированы друг от друга, а затем соединены друг с другом.
Внутри этих колец есть прорези, через которые проводящий провод будет наматывать обмотки статора. Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов. Вы можете называть эти типы проводов Фазой 1, Фазой 2 и Фазой 3.
Каждый тип провода наматывается вокруг пазов на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора.Как только токопроводящий провод находится внутри сердечника статора, сердечник помещается в раму.

Как работает электродвигатель?

Из-за сложности темы ниже приводится упрощенное объяснение того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока работает в автомобиле. Все начинается с аккумуляторной батареи в автомобиле, которая подключена к двигателю. Электроэнергия подается на статор через аккумуляторную батарею автомобиля. Катушки внутри статора (сделанные из токопроводящей проволоки) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и в некотором роде действуют как магниты.Следовательно, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается в двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут за собой проводящие стержни на внешней стороне ротора. Вращающийся ротор — это то, что создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины. В обычном автомобиле, то есть неэлектрическом, есть и двигатель, и генератор переменного тока. Аккумулятор питает двигатель, который приводит в действие шестерни и колеса. Вращение колес — это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор перезаряжает аккумулятор.Вот почему вам советуют водить машину в течение некоторого времени после прыжка: аккумулятор необходимо подзарядить, чтобы он функционировал должным образом. В электромобиле нет генератора.
Итак, как же тогда аккумулятор заряжается? Хотя нет отдельного генератора переменного тока, двигатель в электромобиле действует как двигатель и как генератор переменного тока.

Рис. 1. Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением и током, которые меняются во времени.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений.Это одна из причин, почему электромобили так уникальны.
Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, которые вращают шины. Этот процесс происходит, когда ваша нога находится на акселераторе — ротор движется вращающимся магнитным полем, что требует большего крутящего момента. Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор? Когда ваша нога отрывается от акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля).Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает аккумулятор, действуя как генератор переменного тока.

Переменный ток и постоянный

Концептуальные различия этих двух типов токов должны быть очевидны; в то время как один ток (постоянный) постоянен, другой (переменный) более прерывистый. Однако все немного сложнее, чем это простое объяснение, поэтому давайте разберем эти два термина более подробно.

Постоянный ток (DC)

Непрерывный ток означает постоянный и однонаправленный электрический поток. Кроме того, напряжение сохраняет полярность во времени. На батареях, собственно, четко обозначен положительный и отрицательный полюсы. Они используют постоянную разность потенциалов для генерации тока всегда в одном и том же направлении. В дополнение к батареям, топливным элементам и солнечным батареям, скольжение между определенными материалами может производить постоянный ток.

Переменный ток (AC)

Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые меняются во времени (рис.1). При изменении напряжения и тока сигнала переменного тока они чаще всего следуют по форме синусоидальной волны. Поскольку форма волны является синусоидальной, напряжение и ток чередуются с положительной и отрицательной полярностью во времени. Форма синусоидальной волны сигналов переменного тока обусловлена ​​способом генерации электричества.
Другой термин, который вы можете услышать при обсуждении электроэнергии переменного тока, — это частота. Частота сигнала — это количество полных волновых циклов, завершенных за одну секунду времени.Частота измеряется в герцах (Гц), а в США стандартная частота в электросети составляет 60 Гц. Это означает, что сигнал переменного тока колеблется с частотой 60 полных обратных циклов каждую секунду.

Почему это важно?

Электроэнергия переменного тока — лучший способ передачи полезной энергии от источника генерации (например, плотины или ветряной мельницы) на большие расстояния.

Рис. 2. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (безопаснее для потребления человеком), но напряжение Распределительный трансформатор, который подает электроэнергию в район (те цилиндрические серые коробки, которые вы видите на полюсах линии электропередачи), может иметь напряжение до 66 кВА (66 000 вольт переменного тока). Электропитание переменного тока
позволяет нам создавать генераторы, двигатели и распределительные системы из электричества, которые намного эффективнее постоянного тока, поэтому переменный ток является наиболее популярным током для источников питания.

Как работает трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель?

Самые большие промышленные двигатели — это асинхронные двигатели, которые используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и многих других вещей. Однако что именно означает «асинхронный» двигатель?
С технической точки зрения это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий в проводники ротора.
С точки зрения непрофессионала, это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в роторе магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как у других двигателей, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.
Что означает многофазность? Всякий раз, когда у вас есть статор, который содержит несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью (рис. 2).
Обычно предполагается, что многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, которые используют две фазы. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.

Рис. 3. Три фазы — это токи электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля.

Что означает трехфазный ? Основываясь на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, выдвинутом в 1883 году, «трехфазный» относится к токам электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля (рис. 3).
Эта энергия заставляет катушки с проводящими проводами вести себя как электромагниты. Простой способ понять три фазы — рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии.По мере создания энергии ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюсы внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.

Лучшие электромобили

По мере того, как эта технология продолжает развиваться, характеристики электромобилей начинают быстро догонять и даже превосходить их газовые аналоги. Несмотря на то, что электромобилям еще предстоит пройти определенное расстояние, шаги, предпринятые такими компаниями, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.На данный момент мы все знаем, какой успех Tesla испытывает в этой области, выпустив седан Tesla Model S, способный проехать до 288 миль, разогнаться до 155 миль в час и иметь крутящий момент 687 фунт-фут.
Тем не менее, есть десятки других компаний, которые видят огромный прогресс в этой области, например, Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy’s Spark и Mercedes B-Class Electric. (рис.4).

Электромобили и окружающая среда

Электродвигатели воздействуют на окружающую среду как , так и косвенно, и на микро- и макроуровне.Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вам нужно. С индивидуальной точки зрения, электромобили не требуют бензина для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши шоссе и города. Хотя это представляет собой новую проблему, связанную с дополнительным бременем производства электроэнергии, оно снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густо населенных в городах и пригородах, выбрасывающих токсины в воздух (рис. 5).
Примечание. Значения MPG (миль на галлон), указанные для каждого региона, представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензинового автомобиля, который будет иметь глобальное потепление, эквивалентное вождению электромобиля.Рейтинги выбросов глобального потепления в регионах основаны на данных электростанций за 2012 год в базе данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электрического топлива. Среднее значение в 58 миль на галлон в США — это средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где были проданы электромобили в 2014 году. С большой точки зрения рост количества электромобилей дает несколько преимуществ.

Рис. 5. Значения количества миль на галлон для каждого региона страны представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензиновым автомобилем, который при глобальном потеплении эквивалентен управлению электромобилем.

Во-первых, снижается уровень шумового загрязнения, так как шум, исходящий от электродвигателя, намного ниже, чем от газового двигателя. Кроме того, поскольку электрические двигатели не требуют того же типа смазочных материалов и технического обслуживания, что и газовые двигатели, количество химикатов и масел, используемых в автомагазинах, будет сокращено из-за меньшего количества автомобилей, нуждающихся в техосмотрах.

Заключение

Электродвигатель меняет ход истории точно так же, как паровой двигатель и печатный станок изменили определение прогресса.Хотя электродвигатель не открывает новые возможности в том же духе, что и эти изобретения, он открывает совершенно новый сегмент транспортной отрасли, ориентированный не только на стиль и производительность, но и на внешнее воздействие . Таким образом, хотя электрический двигатель, возможно, не реформирует мир из-за внедрения какого-то нового изобретения или создания нового рынка, он меняет определение того, как мы, как общество, определяем прогресс. Если ничего больше не должно произойти из-за достижений в области электродвигателя, по крайней мере, мы можем сказать, что наше общество продвинулось вперед, осознавая свое воздействие на окружающую среду.Это новое определение прогресса, определяемое электрическим двигателем.
(Джилл Скотт)

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *