Днес е невъзможно да си представим човешката цивилизация и високотехнологичното общество без електричество. Едно от основните устройства, които осигуряват работата на електрическите уреди, е двигателят. Тази машина е намерила най-широко разпространение: от промишлеността (вентилатори, трошачки, компресори) до домашна употреба (перални машини, бормашини и др.). Но какъв е принципът на работа на електрическия двигател?
Дестинация
Принципът на работа на електродвигателя и неговите основни цели са прехвърляне на механичната енергия, необходима за извършване на технологични процеси към работните органи. Самият двигател го генерира поради консумираната електроенергия от мрежата. По същество принципът на работа на електрическия двигател е да преобразува електрическата енергия в механична. Количеството механична енергия, генерирана от него за една единица време, се нарича мощност.
Прегледидвигатели
В зависимост от характеристиките на захранващата мрежа могат да се разграничат два основни типа двигатели: на постоянен и на променлив ток. Най-разпространените DC машини са двигатели с последователно, независимо и смесено възбуждане. Примери за AC двигатели са синхронни и асинхронни машини. Въпреки очевидното разнообразие, устройството и принципът на действие на електродвигател за всякакви цели се основават на взаимодействието на проводник с ток и магнитно поле или на постоянен магнит (феромагнитен обект) с магнитно поле.
Current loop - прототип на двигателя
Основната точка в такъв въпрос като принципа на работа на електрическия двигател може да се нарече появата на въртящ момент. Това явление може да се разгледа с помощта на примера на рамка с ток, която се състои от два проводника и магнит. Токът се подава към проводниците чрез контактни пръстени, които са фиксирани върху оста на въртящата се рамка. В съответствие с известното правило за лявата ръка, сили ще действат върху рамката, което ще създаде въртящ момент около оста. Тя ще се върти обратно на часовниковата стрелка под действието на тази обща сила. Известно е, че този момент на въртене е право пропорционален на магнитната индукция (B), силата на тока (I), площта на рамката (S) и зависи от ъгъла между силовите линии и оста на последната. Въпреки това, под действието на момент, който променя посоката си, рамката ще осцилира. Какво може да се направи, за да се създаде постояненпосоки? Тук има две опции:
- променете посоката на електрическия ток в рамката и позицията на проводниците спрямо полюсите на магнита;
- променете посоката на самото поле, докато рамката се върти в същата посока.
Първата опция се използва за DC двигатели. И вторият е принципът на AC двигателя.
Промяна на посоката на тока спрямо магнита
За да промените посоката на движение на заредените частици в проводника на рамката с ток, ви е необходимо устройство, което да задава тази посока в зависимост от местоположението на проводниците. Този дизайн се осъществява чрез използването на плъзгащи се контакти, които служат за подаване на ток към контура. Когато един пръстен замени два, когато рамката се завърти на половин оборот, посоката на тока се обръща и въртящият момент го запазва. Важно е да се отбележи, че един пръстен е сглобен от две половини, които са изолирани една от друга.
DC дизайн на машината
Горният пример е принципът на работа на DC мотор. Истинската машина, разбира се, има по-сложен дизайн, където се използват десетки рамки за формиране на намотката на котвата. Проводниците на тази намотка са поставени в специални канали в цилиндрична феромагнитна сърцевина. Краищата на намотките са свързани към изолирани пръстени, които образуват колектор. Намотката, комутаторът и сърцевината са котва, въртяща се в лагери върху тялото на самия двигател. Възбуждащото магнитно поле се създава от полюсите на постоянните магнити, които са разположени в корпуса. Намотката е свързана към електрическата мрежа и може да бъде включена независимо от веригата на котвата или последователно. В първия случай електродвигателят ще има независимо възбуждане, във втория - последователно. Има и смесен дизайн на възбуждане, когато се използват два вида свързване на намотките наведнъж.
Синхронна машина
Принципът на работа на синхронния двигател е да създава въртящо се магнитно поле. След това трябва да поставите в това поле проводниците, които са рационализирани с постоянен ток в посоката. Принципът на работа на синхронен двигател, който стана много разпространен в индустрията, се основава на горния пример с контур с ток. Въртящото се поле, създадено от магнита, се формира с помощта на система от намотки, които са свързани към електрическата мрежа. Обикновено се използват трифазни намотки, но принципът на работа на еднофазен двигател с променлив ток няма да се различава от трифазен, освен може би в броя на самите фази, което не е важно, когато се вземат предвид конструктивните характеристики. Намотките се поставят в слотовете на статора с известно изместване по обиколката. Това се прави, за да се създаде въртящо се магнитно поле в образуваната въздушна междина.
Синхронизъм
Много важен момент е синхронната работа на електродвигателягорната конструкция. Когато магнитното поле взаимодейства с тока в намотката на ротора, се образува самият процес на въртене на двигателя, който ще бъде синхронен по отношение на въртенето на магнитното поле, образувано върху статора. Синхронизмът ще се поддържа до достигане на максималния въртящ момент, който е причинен от съпротивление. Ако натоварването се увеличи, машината може да излезе от синхрон.
Андукционен двигател
Принципът на работа на асинхронния електродвигател е наличието на въртящо се магнитно поле и затворени рамки (контури) върху ротора - въртящата се част. Магнитното поле се формира по същия начин, както при синхронен двигател - с помощта на намотки, разположени в жлебовете на статора, които са свързани към мрежа с променливо напрежение. Намотките на ротора се състоят от дузина затворени рамки и обикновено имат два вида изпълнение: фазово и късо съединение. Принципът на работа на променливотоковия двигател и в двете версии е един и същ, само дизайнът се променя. В случай на ротор с катерична клетка (известен още като клетка за катерици), намотката се излива с разтопен алуминий в процепите. При производството на фазовата намотка краищата на всяка фаза се извеждат с помощта на плъзгащи се контактни пръстени, тъй като това ще позволи да се включат допълнителни резистори във веригата, които са необходими за контрол на оборотите на двигателя.
Тягаща машина
Принципът на работа на тяговия двигател е подобен на този на DC мотор. От захранващата мрежа токът се подава към повишаващ трансформатор. По-нататъктрифазен променлив ток се предава на специални тягови подстанции. Има токоизправител. Преобразува AC в DC. Съгласно схемата се извършва с един от нейните полярности към контактните проводници, а вторият - директно към релсите. Трябва да се помни, че много тягови механизми работят на честота, различна от установената индустриална (50 Hz). Следователно за електродвигател се използва честотен преобразувател, чийто принцип на действие е да преобразува честотите и да контролира тази характеристика.
При повдигнатия пантограф, напрежението се подава към камерите, където са разположени стартовите реостати и контактори. С помощта на контролери реостатите се свързват с тягови двигатели, които са разположени на осите на талигите. От тях токът преминава през гумите към релсите и след това се връща към тяговата подстанция, като по този начин завършва електрическата верига.
