Η αρχή λειτουργίας και ο ηλεκτροκινητήρας της συσκευής

  • Μετρητές

Οποιοσδήποτε ηλεκτροκινητήρας έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί μηχανική εργασία λόγω της κατανάλωσης της ηλεκτρικής ισχύος που εφαρμόζεται σε αυτό, η οποία μετατρέπεται, κατά κανόνα, σε περιστροφική κίνηση. Αν και στην τεχνική υπάρχουν μοντέλα που δημιουργούν αμέσως την μεταφραστική κίνηση του σώματος εργασίας. Ονομάζονται γραμμικοί κινητήρες.

Στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις, οι ηλεκτροκινητήρες κινούν διάφορες μηχανές και μηχανικές συσκευές που εμπλέκονται στη διαδικασία κατασκευής.

Μέσα στις οικιακές συσκευές, οι ηλεκτροκινητήρες λειτουργούν σε πλυντήρια, ηλεκτρικές σκούπες, υπολογιστές, στεγνωτήρες μαλλιών, παιδικά παιχνίδια, ρολόγια και πολλές άλλες συσκευές.

Βασικές φυσικές διεργασίες και αρχή λειτουργίας

Τα ηλεκτρικά φορτία που κινούνται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, που ονομάζονται ηλεκτρικά ρεύματα, επηρεάζονται πάντοτε από μια μηχανική δύναμη που τείνει να εκτρέψει την κατεύθυνσή τους σε ένα επίπεδο κάθετο στον προσανατολισμό των γραμμών μαγνητικού πεδίου. Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω ενός μεταλλικού αγωγού ή ενός πηνίου κατασκευασμένου από αυτό, αυτή η δύναμη τείνει να κινεί / περιστρέφει κάθε αγωγό με ρεύμα και το τύλιγμα ως σύνολο.

Η παρακάτω εικόνα δείχνει το μεταλλικό πλαίσιο μέσω του οποίου ρέει το ρεύμα. Το μαγνητικό πεδίο που εφαρμόζεται σε αυτό δημιουργεί μια δύναμη F για κάθε κλάδο του πλαισίου, δημιουργώντας μια περιστροφική κίνηση.

Αυτή η ιδιότητα της αλληλεπίδρασης ηλεκτρικής και μαγνητικής ενέργειας με βάση τη δημιουργία μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης σε ένα κλειστό αγώγιμο βρόχο που τίθεται στη δουλειά οποιουδήποτε ηλεκτροκινητήρα. Ο σχεδιασμός του περιλαμβάνει:

με την οποία ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα. Τοποθετείται σε μια ειδική αγκύρωση και στερεώνεται στα έδρανα περιστροφής για να μειώσει την αντίσταση των δυνάμεων τριβής. Ο σχεδιασμός αυτός ονομάζεται ρότορας.

ένας στάτορας που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο με τις γραμμές ισχύος του διεισδύει στα ηλεκτρικά φορτία που διέρχονται από τις στροφές της περιέλιξης του ρότορα.

στέγαση για να φιλοξενήσει τον στάτορα. Μέσα στο κύτος κατασκευάζονται ειδικές σχισμές προσγείωσης, μέσα στις οποίες τοποθετείται ο εξωτερικός κλωβός των εδράνων ρότορα.

Ο απλοποιημένος σχεδιασμός του πιο απλού ηλεκτροκινητήρα μπορεί να αναπαρασταθεί από την ακόλουθη εικόνα.

Όταν ο ρότορας περιστρέφεται, παράγεται ροπή, η ισχύς του οποίου εξαρτάται από το συνολικό σχεδιασμό της συσκευής, την ποσότητα της εφαρμοζόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, τις απώλειές της κατά τη μετατροπή.

Η τιμή της μέγιστης δυνατής ισχύος της ροπής του κινητήρα είναι πάντοτε μικρότερη από την ηλεκτρική ενέργεια που εφαρμόζεται σε αυτήν. Χαρακτηρίζεται από το μέγεθος της απόδοσης.

Με τον τύπο του ρεύματος που ρέει μέσω των περιελίξεων, υποδιαιρούνται σε μοτέρ DC ή AC. Κάθε μία από αυτές τις δύο ομάδες έχει μεγάλο αριθμό τροποποιήσεων χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνολογικές διαδικασίες.

DC κινητήρες

Έχουν το μαγνητικό πεδίο του στάτορα που δημιούργησε σταθερά μόνιμους μαγνήτες ή ειδικούς ηλεκτρομαγνήτες με περιελίξεις διέγερσης. Η περιέλιξη του οπλισμού είναι σταθερά τοποθετημένη στον άξονα, ο οποίος στερεώνεται στα έδρανα και μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από τον δικό του άξονα.

Η κύρια διάταξη ενός τέτοιου κινητήρα φαίνεται στο σχήμα.

Στον πυρήνα του οπλισμού των σιδηρομαγνητικών υλικών υπάρχει μια περιέλιξη που αποτελείται από δύο εξαρτήματα που συνδέονται στη σειρά, τα οποία συνδέονται σε αγώγιμες πλάκες συλλογής στο ένα άκρο και συνδέονται με το άλλο. Δύο βούρτσες κατασκευασμένες από γραφίτη βρίσκονται στα διαμετρικά αντίθετα άκρα του οπλισμού και πιέζονται επί των επιχρισμάτων επαφής των πλακών συλλογής.

Το θετικό δυναμικό της πηγής σταθερού ρεύματος τροφοδοτείται στη χαμηλότερη βούρτσα του μοτίβου και αρνητικό στο ανώτερο. Η κατεύθυνση του ρεύματος που ρέει μέσα από την περιέλιξη υποδηλώνεται με ένα κόκκινο βέλος με διάκενα.

Το ρεύμα προκαλεί το μαγνητικό πεδίο του βόρειου πόλου στο κάτω αριστερό τμήμα του οπλισμού, και ο νότιος πόλος στο δεξιό άνω μέρος (ο κανόνας του gimlet). Αυτό οδηγεί στην απόσπαση των στύλων του ρότορα από το σταθερό με το ίδιο όνομα και την έλξη στους αντίθετους πόλους του στάτορα. Ως αποτέλεσμα της εφαρμοζόμενης δύναμης, δημιουργείται μια περιστροφική κίνηση, η κατεύθυνση της οποίας δεικνύεται από ένα καφέ βέλος.

Με περαιτέρω περιστροφή του οπλισμού με αδράνεια, οι πόλοι μεταφέρονται σε άλλες πλάκες συλλέκτη. Η κατεύθυνση του ρεύματος σε αυτά αντιστρέφεται. Ο δρομέας συνεχίζει να περιστρέφεται περαιτέρω.

Ο απλός σχεδιασμός μιας τέτοιας συσκευής συλλέκτη οδηγεί σε μεγάλες απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας. Παρόμοιες μηχανές λειτουργούν σε συσκευές απλού σχεδιασμού ή παιχνίδια για παιδιά.

Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος που συμμετέχουν στη διαδικασία παραγωγής έχουν πιο σύνθετη δομή:

η περιέλιξη χωρίζεται όχι σε δύο, αλλά σε περισσότερα μέρη.

κάθε τμήμα της περιέλιξης στερεώνεται στον πόλο του.

η διάταξη συλλέκτη αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό μαξιλαριών για τον αριθμό των τμημάτων των περιελίξεων.

Ως αποτέλεσμα, μια ομαλή σύνδεση κάθε πόλου δημιουργείται μέσω των πλακών επαφής στις βούρτσες και την πηγή ρεύματος και μειώνεται η απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας.

Η συσκευή μιας τέτοιας αγκύρωσης εμφανίζεται στην εικόνα.

Με ηλεκτροκινητήρες συνεχούς ρεύματος, η κατεύθυνση περιστροφής του δρομέα μπορεί να αντιστραφεί. Για να γίνει αυτό, αρκεί να αλλάξετε την τρέχουσα κίνηση στην περιέλιξη στην αντίστροφη αλλαγή πολικότητας στην πηγή.

Κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος

Διαφέρουν από τα προηγούμενα σχέδια στο ότι το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει στην περιέλιξη τους περιγράφεται σύμφωνα με έναν ημιτονοειδή αρμονικό νόμο ο οποίος περιοδικά αλλάζει την κατεύθυνση του. Για την τροφοδοσία τους η τάση τροφοδοτείται από εναλλάκτες με εναλλασσόμενο μέγεθος.

Ο στάτης τέτοιων κινητήρων εκτελείται από μαγνητικό αγωγό. Είναι κατασκευασμένο από σιδηρομαγνητικές πλάκες με αυλακώσεις στις οποίες τοποθετούνται περιελίξεις με διαμόρφωση πλαισίου (πηνίο).

Η παρακάτω εικόνα δείχνει την αρχή λειτουργίας ενός μονοφασικού μοτέρ εναλλασσομένου ρεύματος με σύγχρονη περιστροφή των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων του ρότορα και του στάτη.

Οι σχισμές του μαγνητικού κυκλώματος στάτη διατάσσονται διαμετρικά αντίθετα άκρα των αγωγών του πηνίου δείχνεται σχηματικά ως ένα πλαίσιο, επί του οποίου ένα εναλλασσόμενο ρεύμα.

Εξετάστε την περίπτωση για μια χρονική στιγμή που αντιστοιχεί στο πέρασμα του θετικού μέρους του μισού κύματος.

Στους δακτυλίους ρουλεμάν, ένας ρότορας με μόνιμα τοποθετημένο μαγνήτη περιστρέφεται ελεύθερα, με έντονο βόρειο "Ν στόμιο" και νότιο "S στόμιο" πόλο. Όταν ένα θετικό μισό κύμα ρεύματος ρέει μέσα από την περιέλιξη του στάτη, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο με τους πόλους "S st" και "N st".

Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης προκύπτουν μεταξύ των μαγνητικών πεδίων του δρομέα και του στάτορα (όπως οι πόλοι απωθεί και, αντίθετα από αυτούς που προσελκύουν) που τείνουν να μετατρέψουν τον οπλισμό του ηλεκτροκινητήρα από μια αυθαίρετη θέση στην τελική όταν οι αντίθετοι πόλοι είναι τοποθετημένοι το ένα σε σχέση με το άλλο.

Εάν εξετάσουμε την ίδια περίπτωση, αλλά για τη στιγμή που το αντίστροφο ρέει μέσω του αγωγού πλαισίου - το αρνητικό μισό κύμα του ρεύματος, η περιστροφή του οπλισμού θα λάβει χώρα στην αντίθετη κατεύθυνση.

Για να προσδώσουμε μια συνεχή κίνηση στο ρότορα στον στάτορα, δεν κατασκευάζεται ένα πλαίσιο περιέλιξης, αλλά ένας ορισμένος αριθμός από αυτά, έτσι ώστε κάθε ένα από αυτά να τροφοδοτείται από μια ξεχωριστή πηγή ρεύματος.

Η αρχή λειτουργίας ενός τριφασικού ηλεκτροκινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος με σύγχρονη περιστροφή των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων του δρομέα και του στάτη φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Σε αυτή τη δομή, εντός του μαγνητικού κυκλώματος στάτορα, τοποθετούνται τρεις περιελίξεις Α, Β και C, μετατοπισμένες σε γωνίες 120 μοιρών μεταξύ τους. Η περιέλιξη Α επισημαίνεται με κίτρινο χρώμα, B με πράσινο χρώμα και C με κόκκινο χρώμα. Κάθε τύλιξη γίνεται στα ίδια πλαίσια όπως στην προηγούμενη περίπτωση.

Στην εικόνα για κάθε περίπτωση, το ρεύμα περνάει μόνο από ένα τύλιγμα στην προς τα εμπρός ή την αντίστροφη κατεύθυνση, η οποία υποδεικνύεται με σημάδια "+" και "-".

Με το πέρασμα του θετικού μισού κύματος στη φάση Α στην προς τα εμπρός κατεύθυνση, ο άξονας του πεδίου του ρότορα παίρνει μια οριζόντια θέση επειδή οι μαγνητικοί πόλοι του στάτορα σχηματίζονται σε αυτό το επίπεδο και προσελκύουν την κινούμενη άγκυρα. Αντίθετα από τους πόλους του ρότορα τείνουν να προσεγγίζουν τους πόλους του στάτορα.

Όταν το θετικό μισό κύμα πηγαίνει στη φάση C, η άγκυρα θα γυρίσει 60 μοίρες δεξιόστροφα. Αφού εφαρμοστεί ρεύμα στη φάση Β, θα υπάρξει ανάλογη περιστροφή του οπλισμού. Κάθε διαδοχική ροή ρεύματος στην επόμενη φάση της επόμενης περιέλιξης θα περιστρέψει τον δρομέα.

Εάν η τάση ενός τριφασικού δικτύου που μετατοπίζεται υπό γωνία 120 μοιρών εφαρμόζεται σε κάθε περιέλιξη, τότε εναλλάσσονται ρεύματα θα κυκλοφορούν σε αυτά, τα οποία εκτονώ το οπλισμό και δημιουργούν την σύγχρονη περιστροφή του με το παρεχόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Ο ίδιος μηχανικός σχεδιασμός χρησιμοποιείται επιτυχώς σε ένα τριφασικό κινητήρα στύσης. Μόνο σε κάθε περιέλιξη μέσω ελέγχου ενός ειδικού ελεγκτή (οδηγός βηματικού κινητήρα) εφαρμόζονται παλμοί DC και αφαιρούνται σύμφωνα με τον αλγόριθμο που περιγράφηκε παραπάνω.

Η εκκίνηση τους αρχίζει μια περιστροφική κίνηση και ο τερματισμός σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο παρέχει μια περιστροφική δόση του άξονα και ένα σταμάτημα σε προγραμματισμένη γωνία για την εκτέλεση ορισμένων τεχνολογικών λειτουργιών.

Και στα δύο περιγραφόμενα τριφασικά συστήματα, η κατεύθυνση περιστροφής του οπλισμού μπορεί να αλλάξει. Για να γίνει αυτό, πρέπει απλώς να αλλάξετε την εναλλαγή φάσεων "Α" - "Β" - "C" σε άλλη, για παράδειγμα "Α" - "C" - "B".

Η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα ρυθμίζεται από τη διάρκεια της περιόδου Τ. Η μείωσή του οδηγεί σε επιτάχυνση της περιστροφής. Το μέγεθος του εύρους του ρεύματος στη φάση εξαρτάται από την εσωτερική αντίσταση της περιέλιξης και την τιμή της τάσης που εφαρμόζεται σ 'αυτήν. Καθορίζει το μέγεθος της ροπής και της ισχύος του ηλεκτροκινητήρα.

Αυτά τα σχέδια κινητήρων έχουν το ίδιο μαγνητικό κύκλωμα στάτη με περιελίξεις όπως στα προηγουμένως θεωρούμενα μονοφασικά και τριφασικά μοντέλα. Παίρνουν το όνομά τους λόγω της ασύγχρονης περιστροφής των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων του οπλισμού και του στάτορα. Αυτό γίνεται με τη βελτίωση της διαμόρφωσης του ρότορα.

Ο πυρήνας του συναρμολογείται από πλάκες από ηλεκτρικούς χάλυβες με αυλακώσεις. Ακροδέκτες ρεύματος αλουμινίου ή χαλκού τοποθετούνται σε αυτά, τα οποία στα άκρα του οπλισμού κλείνουν με αγώγιμους δακτυλίους.

Όταν εφαρμόζεται τάση στις περιελίξεις του στάτορα, προκαλείται ηλεκτρικό ρεύμα στην περιέλιξη του ρότορα με ηλεκτροκινητική δύναμη και δημιουργείται μαγνητικό πεδίο οπλισμού. Η αλληλεπίδραση αυτών των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων αρχίζει την περιστροφή του άξονα του κινητήρα.

Σε αυτό το σχέδιο, η κίνηση του δρομέα είναι δυνατή μόνο αφού έχει προκύψει ένα περιστρεφόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στον στάτορα και συνεχίζει σε έναν ασύγχρονο τρόπο λειτουργίας με αυτόν.

Οι ασύγχρονοι κινητήρες είναι απλούστεροι στο σχεδιασμό. Ως εκ τούτου, είναι φθηνότερα και χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και οικιακές συσκευές.

Ηλεκτροκινητήρας ABB με αντιεκρηκτική προστασία

Πολλά όργανα εργασίας των βιομηχανικών μηχανισμών εκτελούν παλινδρομικές ή μεταφραστικές κινήσεις σε ένα επίπεδο, απαραίτητες για τη λειτουργία μηχανημάτων μεταλλοτεχνίας, οχημάτων, χτυπήματος σφυριών κατά την οδήγηση πασσάλων...

Η κίνηση ενός τέτοιου σώματος εργασίας με τη βοήθεια κιβωτίων ταχυτήτων, βιδών σφαιρών, ιμάντων κίνησης και παρόμοιων μηχανικών διατάξεων από περιστρεφόμενο ηλεκτρικό μοτέρ περιπλέκει τον σχεδιασμό. Μια σύγχρονη τεχνική λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η λειτουργία ενός γραμμικού ηλεκτροκινητήρα.

Σε αυτό, ο στάτορας και ο ρότορας είναι επιμήκεις με τη μορφή λωρίδων, αντί να τυλίγονται σε δακτυλίους, όπως στους περιστρεφόμενους ηλεκτρικούς κινητήρες.

Η αρχή της λειτουργίας συνίσταται στην παροχή μιας παλινδρομικής γραμμικής κίνησης στον δρομέα-δρομέα λόγω της μετάδοσης ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από σταθερό στάτορα με μη κλεισμένο μαγνητικό κύκλωμα ορισμένου μήκους. Ένα εσωτερικό μαγνητικό πεδίο δημιουργείται μέσα από αυτό, ενεργοποιώντας εναλλάξ το ρεύμα.

Λειτουργεί στην περιέλιξη του οπλισμού με συλλέκτη. Οι δυνάμεις που προκύπτουν σε έναν τέτοιο κινητήρα μετακινούν τον δρομέα μόνο στην γραμμική διεύθυνση κατά μήκος των οδηγών.

Οι γραμμικοί κινητήρες έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με άμεσο ή εναλλασσόμενο ρεύμα, μπορούν να λειτουργούν σε σύγχρονη ή ασύγχρονη λειτουργία.

Κατανοούμε τις αρχές λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων: τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφόρων τύπων

Οι ηλεκτροκινητήρες είναι συσκευές στις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια. Η αρχή της δράσης τους βασίζεται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Ωστόσο, οι τρόποι με τους οποίους αλληλεπιδρούν τα μαγνητικά πεδία, αναγκάζοντας τον ρότορα ενός κινητήρα να περιστραφεί, διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με τον τύπο τάσης τροφοδοσίας - εναλλασσόμενο ή σταθερό.

Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος

Η αρχή της λειτουργίας ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος βασίζεται στην επίδραση της απομάκρυνσης όπως οι πόλοι μόνιμων μαγνητών και η προσέλκυση των αντίθετων. Η προτεραιότητα της εφεύρεσης της ανήκει στον ρώσικο μηχανικό B. S. Jacobi. Το πρώτο βιομηχανικό μοντέλο κινητήρα DC δημιουργήθηκε το 1838. Από τότε, ο σχεδιασμός του δεν έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές.

Σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος χαμηλής κατανάλωσης, ένας από τους μαγνήτες είναι φυσικός. Συνδέεται απευθείας στο σώμα του μηχανήματος. Το δεύτερο δημιουργείται στην περιέλιξη οπλισμού μετά τη σύνδεση μιας πηγής DC σε αυτήν. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε μια ειδική συσκευή - μονάδα συλλογής βούρτσας. Ο ίδιος ο συλλέκτης είναι ένας αγώγιμος δακτύλιος τοποθετημένος στον άξονα του κινητήρα. Τα άκρα της περιέλιξης οπλισμού συνδέονται με αυτό.

Σε κινητήρες υψηλής ισχύος, οι φυσικοί μαγνήτες δεν χρησιμοποιούνται λόγω του μεγάλου βάρους τους. Για να δημιουργηθεί ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο του στάτορα, χρησιμοποιούνται αρκετές μεταλλικές ράβδοι, καθένα από τα οποία έχει τη δική του περιέλιξη ενός αγωγού συνδεδεμένου με τον θετικό ή αρνητικό δίαυλο ισχύος. Οι πόλοι του ίδιου ονόματος συνδέονται σε σειρά μεταξύ τους.

Ο αριθμός ζευγών πόλων στο περίβλημα του κινητήρα μπορεί να είναι ένας ή τέσσερις. Ο αριθμός των βουρτσών συλλογής στο οπλισμό συλλέκτη πρέπει να ταιριάζει.

Οι ηλεκτροκινητήρες υψηλής ισχύος έχουν μια σειρά από εποικοδομητικά κόλπα. Για παράδειγμα, μετά την εκκίνηση του κινητήρα και με αλλαγή του φορτίου σε αυτό, ο κόμβος των πινέλων συλλέκτη μετατοπίζεται με συγκεκριμένη γωνία έναντι της περιστροφής του άξονα. Με αυτόν τον τρόπο αντισταθμίζεται το αποτέλεσμα της "αντίδρασης του οπλισμού", που οδηγεί στο φρενάρισμα του άξονα και στη μείωση της απόδοσης της ηλεκτρικής μηχανής.

Υπάρχουν επίσης τρία σχέδια για τη σύνδεση ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος:

  • με παράλληλη διέγερση.
  • συνεπής ·
  • αναμειγνύονται

Η παράλληλη διέγερση είναι όταν μια άλλη ανεξάρτητη, συνήθως ρυθμιζόμενη (ρεοστάτη) ενεργοποιείται παράλληλα με την περιέλιξη του οπλισμού.

Διαδοχική - μια πρόσθετη περιέλιξη συνδέεται εν σειρά με το κύκλωμα τροφοδοσίας του οπλισμού. Αυτός ο τύπος σύνδεσης χρησιμοποιείται για να αυξήσει δραματικά την περιστροφική δύναμη του κινητήρα τη σωστή στιγμή. Για παράδειγμα, κατά την εκκίνηση των τρένων.

Οι ηλεκτροκινητήρες συνεχούς ρεύματος έχουν τη δυνατότητα να ρυθμίζουν ομαλά την ταχύτητα περιστροφής, έτσι ώστε να χρησιμοποιούνται ως έλξη σε ηλεκτρικά οχήματα και εξοπλισμό ανύψωσης.

AC κινητήρες - ποια είναι η διαφορά;

Η συσκευή και η αρχή της λειτουργίας του κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος για τη δημιουργία ροπής περιλαμβάνουν τη χρήση ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Θεωρούνται ότι είναι ο εφευρέτης της Ρωσικής μηχανικός MO Dolivo-Dobrovolsky, που δημιούργησε το 1890 το πρώτο του κινητήρα εμπορικό δείγμα και είναι ο ιδρυτής της θεωρίας και της τεχνικής εναλλασσόμενο τριφασικό ρεύμα.

Ένα περιστροφικό μαγνητικό πεδίο λαμβάνει χώρα στις τρεις περιελίξεις του στάτη του κινητήρα μόλις συνδεθούν με το κύκλωμα τάσης τροφοδοσίας. Ο ρότορας ενός τέτοιου ηλεκτρικού κινητήρα στην παραδοσιακή απόδοση δεν έχει περιελίξεις και είναι, κατά προσέγγιση, ένα κομμάτι από σίδερο, κάτι που μοιάζει με τροχό σκίουρου.

Το μαγνητικό πεδίο του στάτορα προκαλεί την εμφάνιση ρεύματος στον ρότορα και ένα πολύ μεγάλο, επειδή πρόκειται για μια βραχυκυκλωμένη δομή. Αυτό το ρεύμα προκαλεί την εμφάνιση του δικού του τομέα οπλισμού, το οποίο "αλληλοσυνδέεται" με τον μαγνητικό ιδρώτα του στροφέα του στάτορα και προκαλεί την περιστροφή της ατράκτου του κινητήρα προς την ίδια κατεύθυνση.

Η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος με έναν παραδοσιακό βραχυκυκλωμένο δρομέα έχει πολύ μεγάλα ρεύματα εκκίνησης. Πιθανώς, πολλοί από εσάς το προσέξατε αυτό - όταν ξεκινάτε τους κινητήρες ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως αλλάζουν τη φωτεινότητα της λάμψης. Ως εκ τούτου, στις ηλεκτρικές μηχανές υψηλής ισχύος, χρησιμοποιείται ένας ρότορας φάσης - πάνω του τοποθετούνται τρεις περιελίξεις που συνδέονται με ένα "αστέρι".

Οι περιελίξεις του οπλισμού δεν συνδέονται με το δίκτυο και συνδέονται με την αντίσταση έναρξης μέσω μιας μονάδας συλλογής βούρτσας. Η διαδικασία ενεργοποίησης ενός τέτοιου κινητήρα συνίσταται στη σύνδεση με το δίκτυο τροφοδοσίας και στην προοδευτική μείωση της μηδενικής ενεργού αντίστασης στο κύκλωμα οπλισμού. Ο ηλεκτρικός κινητήρας ενεργοποιείται ομαλά και χωρίς υπερφόρτωση.

Χαρακτηριστικά της χρήσης ασύγχρονων κινητήρων σε μονοφασικό κύκλωμα

Παρά το γεγονός ότι το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα είναι πιο εύκολο να πάρει από μια τριφασική τάση, η αρχή της λειτουργίας ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα του επιτρέπει να λειτουργεί από ένα μονοφασικό οικιακό δίκτυο, εάν γίνουν κάποιες αλλαγές στο σχεδιασμό τους.

Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να υπάρχουν δύο περιελίξεις στο στάτορα, ένα εκ των οποίων είναι "εκκίνηση". Το ρεύμα σε αυτό μετατοπίζεται σε φάση κατά 90 ° λόγω της συμπερίληψης ενός φορτίου στο κύκλωμα. Συχνότερα χρησιμοποιείται για αυτόν τον πυκνωτή.

Με τροφοδοσία από οικιακή πρίζα, μπορείτε και βιομηχανικό τριφασικό κινητήρα. Για να γίνει αυτό, στο κιβώτιο ακροδεκτών συνδέονται δύο περιελίξεις σε ένα και ένας πυκνωτής είναι ενεργοποιημένος σε αυτό το κύκλωμα. Με βάση την αρχή της λειτουργίας των ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων που κινούνται από ένα μονοφασικό κύκλωμα, πρέπει να σημειωθεί ότι έχουν χαμηλότερη απόδοση και είναι πολύ ευαίσθητα σε υπερφόρτωση.

Παγκόσμιοι συλλεκτικοί κινητήρες - αρχή λειτουργίας και χαρακτηριστικά

Σε ηλεκτρικά εργαλεία οικιακής χρήσης χαμηλής ισχύος, τα οποία απαιτούν χαμηλά ρεύματα εκκίνησης, υψηλή ροπή, υψηλή ταχύτητα περιστροφής και δυνατότητα ομαλής ρύθμισης, χρησιμοποιούνται οι επονομαζόμενοι κινητήρες συλλογικής συλλογής. Με τον σχεδιασμό, είναι παρόμοια με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος με διαδοχική διέγερση.

Σε τέτοιους κινητήρες, το μαγνητικό πεδίο του στάτορα παράγεται λόγω της τάσης τροφοδοσίας. Μόνο ο σχεδιασμός των μαγνητικών πυρήνων έχει ελαφρώς τροποποιηθεί - δεν χυτεύεται, αλλά ένας επιλογέας, ο οποίος επιτρέπει τη μείωση της αντιστροφής της μαγνήτισης και της θέρμανσης από ρεύματα Foucault. Μια επαγωγική σειρά που συνδέεται με το κύκλωμα οπλισμού καθιστά δυνατή την αλλαγή της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου του στάτορα και του οπλισμού στην ίδια κατεύθυνση και στην ίδια φάση.

Ο σχεδόν πλήρης συγχρονισμός των μαγνητικών πεδίων επιτρέπει στον κινητήρα να αποκτήσει ορμή ακόμη και με σημαντικά φορτία στον άξονα, που απαιτούνται για τη λειτουργία τρυπανιών, περιστροφικών σφυριών, ηλεκτρικών σκουπιδιών, "Βουλγάρων" ή μηχανών λείανσης.

Εάν ένας μεταβλητός μετασχηματιστής περιλαμβάνεται στο κύκλωμα τροφοδοσίας ενός τέτοιου κινητήρα, τότε η συχνότητα περιστροφής του μπορεί να αλλάξει ομαλά. Αλλά η κατεύθυνση, όταν τροφοδοτείται από το κύκλωμα AC, δεν μπορεί ποτέ να αλλάξει.

Οι ηλεκτροκινητήρες έχουν την υψηλότερη απόδοση (πάνω από 80%) όλων των συσκευών που δημιουργούνται από τον άνθρωπο. Η εφεύρεσή τους στα τέλη του 19ου αιώνα μπορεί κάλλιστα να θεωρηθεί ποιοτικό πολιτιστικό άλμα, διότι χωρίς αυτούς είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς τη ζωή της σύγχρονης κοινωνίας με βάση τις υψηλές τεχνολογίες και κάτι ακόμα πιο αποτελεσματικό δεν έχει επινοηθεί.

Συσκευή κινητήρων AC

Οι ηλεκτροκινητήρες είναι ηλεκτρικά μηχανήματα που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Η γενική ταξινόμηση τους χωρίζει τον τύπο ρεύματος τροφοδοσίας σε ηλεκτροκινητήρες DC και AC. Το παρακάτω άρθρο ασχολείται με τους ηλεκτροκινητήρες με προδιαγραφές εναλλασσόμενου ρεύματος, τους τύπους, τα χαρακτηριστικά τους και τα πλεονεκτήματα.

Για γενικές πληροφορίες, συνιστούμε να διαβάσετε το ξεχωριστό άρθρο σχετικά με τις αρχές λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων.

Αρχή μετατροπής ενέργειας

Μεταξύ των ηλεκτρικών κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε όλες τις βιομηχανίες και τις οικιακές συσκευές, οι συνηθέστεροι είναι οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Βρίσκονται σε σχεδόν κάθε σφαίρα της ζωής, από παιδικά παιχνίδια και πλυντήρια ρούχων μέχρι αυτοκίνητα και ισχυρά μηχανήματα παραγωγής.

Η αρχή λειτουργίας όλων των ηλεκτροκινητήρων βασίζεται στον νόμο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής Faraday και στον νόμο Ampere. Το πρώτο από αυτά περιγράφει την κατάσταση όταν μια ηλεκτροκινητική δύναμη παράγεται σε έναν κλειστό αγωγό που βρίσκεται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Στους κινητήρες, αυτό το πεδίο δημιουργείται μέσω των περιελίξεων στάτορα μέσω των οποίων ρέει εναλλασσόμενο ρεύμα. Μέσα στον στάτορα (που αντιπροσωπεύει το σώμα της συσκευής) είναι ένα κινητό στοιχείο του κινητήρα - ο ρότορας. Σε αυτό, και υπάρχει ένα ρεύμα.

Η περιστροφή του ρότορα εξηγείται από τον νόμο Ampere, ο οποίος δηλώνει ότι τα ηλεκτρικά φορτία που ρέουν μέσω ενός αγωγού μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο επηρεάζονται από μια δύναμη που τους μετακινεί σε ένα επίπεδο κάθετο στις γραμμές δύναμης αυτού του πεδίου. Με απλά λόγια, ο αγωγός, ο οποίος στο σχεδιασμό του κινητήρα είναι ο ρότορας, αρχίζει να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του και στερεώνεται στον άξονα, στον οποίο συνδέονται οι μηχανισμοί εργασίας του εξοπλισμού.

Τύποι κινητήρων και τη συσκευή τους

Οι ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος έχουν διαφορετική συσκευή, χάρη στην οποία είναι δυνατή η δημιουργία μηχανών με την ίδια ταχύτητα του δρομέα σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα και μηχανήματα όπου ο ρότορας υστερεί πίσω από το περιστρεφόμενο πεδίο. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, αυτοί οι κινητήρες χωρίζονται στους κατάλληλους τύπους: σύγχρονοι και ασύγχρονοι.

Ασύγχρονη

Η βάση του σχεδιασμού ενός ασύγχρονου κινητήρα είναι ένα ζεύγος από τα πιο σημαντικά λειτουργικά μέρη:

  1. Ο στάτορας είναι ένα μπλοκ κυλινδρικού σχήματος, κατασκευασμένο από χαλύβδινα φύλλα με αυλακώσεις για την τοποθέτηση αγώγιμων περιελίξεων, οι άξονες των οποίων είναι διατεταγμένοι υπό γωνία 120 άλλης σε σχέση μεταξύ τους. Οι πόλοι των περιελίξεων κινούνται στο κουτί ακροδεκτών, όπου συνδέονται με διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με τις απαιτούμενες παραμέτρους του κινητήρα.
  2. Rotor. Στο σχεδιασμό ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων χρησιμοποιούνται δύο ρότορες:
    • Βραχυκύκλωμα. Ονομάζεται έτσι επειδή αποτελείται από πολλές αλουμινένιες ή χάλκινες ράβδους, που βραχυκυκλώνονται με ακραία δαχτυλίδια. Ο σχεδιασμός αυτός, που είναι η τρέχουσα περιέλιξη του ρότορα, ονομάζεται "κλουβί σκίουρου" στην ηλεκτρική μηχανική.
    • Φάση. Στους ρότορες αυτού του τύπου εγκαθίσταται τριφασική περιέλιξη, παρόμοια με την περιέλιξη στάτορα. Τις περισσότερες φορές τα άκρα των αγωγών της πηγαίνουν στην περιοχή του τερματικού, όπου συνδέονται με ένα "αστέρι" και τα ελεύθερα άκρα συνδέονται με δακτυλίους επαφής. Ο στροφέας φάσης σας επιτρέπει να προσθέσετε επιπλέον αντίσταση στο κύκλωμα περιέλιξης με τη βοήθεια βούρτσας, επιτρέποντάς σας να αλλάξετε την αντίσταση για να μειώσετε τα ρεύματα εκκίνησης.


Εκτός από τα περιγραφόμενα βασικά στοιχεία του ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα, ο σχεδιασμός του περιλαμβάνει επίσης έναν ανεμιστήρα για την ψύξη των περιελίξεων, ένα κουτί ακροδεκτών και έναν άξονα που μεταδίδει την παραγόμενη περιστροφή στους μηχανισμούς εργασίας του εξοπλισμού, ο οποίος παρέχεται από αυτόν τον κινητήρα.

Η λειτουργία των ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων βασίζεται στον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, ο οποίος ισχυρίζεται ότι μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη μπορεί να προκύψει μόνο υπό τις συνθήκες μιας διαφοράς στις ταχύτητες περιστροφής του δρομέα και του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Επομένως, εάν οι ταχύτητες αυτές ήταν ίσες, το emf δεν θα εμφανιζόταν, αλλά ο αντίκτυπος στον άξονα τέτοιων "ανασταλτικών" παραγόντων όπως το φορτίο και η τριβή των εδράνων δημιουργούν πάντοτε επαρκείς συνθήκες λειτουργίας.

Σύγχρονη

Ο σχεδιασμός σύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος είναι κάπως διαφορετικός από τη συσκευή των ασύγχρονων αναλόγων. Στις μηχανές αυτές, ο ρότορας περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Ο ρότορας ή η άγκυρα αυτών των συσκευών είναι επίσης εξοπλισμένος με περιελίξεις που είναι συνδεδεμένες στο ένα άκρο μεταξύ τους και στον περιστρεφόμενο συλλέκτη σε άλλους. Τα πέλματα επαφής στον συλλέκτη τοποθετούνται έτσι ώστε σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο να είναι δυνατή η παροχή ενέργειας μέσω βουρτσών γραφίτη σε δύο μόνο αντίθετες επαφές.

Η αρχή λειτουργίας σύγχρονων κινητήρων:

  1. Η αλληλεπίδραση της μαγνητικής ροής στην περιέλιξη του στάτη με το ρεύμα του ρότορα εμφανίζει ροπή στρέψης.
  2. Η κατεύθυνση της μαγνητικής ροής αλλάζει ταυτόχρονα με την κατεύθυνση του εναλλασσόμενου ρεύματος, διατηρώντας έτσι την περιστροφή του άξονα εξόδου προς μία κατεύθυνση.
  3. Η ρύθμιση της επιθυμητής ταχύτητας ρυθμίζεται ρυθμίζοντας την τάση εισόδου. Τις περισσότερες φορές, στον εξοπλισμό υψηλής ταχύτητας, για παράδειγμα, διατρητήρες και ηλεκτρικές σκούπες, η λειτουργία αυτή εκτελείται από ένα ρεοστάτη.

Οι συνηθέστερες αιτίες βλάβης των σύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων είναι:

  • φθορά βούρτσας γραφίτη ή εξασθένηση του ελατηρίου πίεσης.
  • φθορά των εδράνων άξονα ·
  • συλλογή από ρύπανση (καθαρισμένη με γυαλόχαρτο ή αλκοόλ).

Ιστορικό της εφεύρεσης

Η εφεύρεση του απλούστερου τρόπου μετατροπής της ενέργειας από ηλεκτρικό σε μηχανικό ανήκει στον Michael Faraday. Το 1821, αυτός ο σπουδαίος αγγλικός επιστήμονας πραγματοποίησε ένα πείραμα με έναν αγωγό βυθισμένο σε ένα δοχείο με υδράργυρο, στο κάτω μέρος του οποίου βρισκόταν ένας μόνιμος μαγνήτης. Μετά την εφαρμογή ηλεκτρικής ενέργειας στον αγωγό, άρχισε να κινείται, περιστρέφοντας σύμφωνα με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Σήμερα, αυτή η εμπειρία πραγματοποιείται συχνά στα μαθήματα φυσικής, αντικαθιστώντας τον υδράργυρο με άλμη.

Περαιτέρω μελέτη του θέματος οδήγησε στη δημιουργία του Peter Barlow το 1824 ενός μονοπολικού κινητήρα, που ονομάζεται Barlow Wheel. Ο σχεδιασμός του περιλαμβάνει δύο γρανάζια από χαλκό, που βρίσκονται στον ίδιο άξονα μεταξύ των μόνιμων μαγνητών. Μετά την εφαρμογή ρεύματος στους τροχούς, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής του με μαγνητικά πεδία, οι τροχοί αρχίζουν να περιστρέφονται. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο επιστήμονας διαπίστωσε ότι η κατεύθυνση περιστροφής μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας την πολικότητα (μετάθεση μαγνητών ή επαφών). Η πρακτική εφαρμογή του "τροχού Barlow", αλλά διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στη μελέτη της αλληλεπίδρασης μαγνητικών πεδίων και φορτισμένων αγωγών.

Το πρώτο δείγμα εργασίας της συσκευής, το οποίο έγινε ο πρόγονος των σύγχρονων κινητήρων, δημιουργήθηκε από το ρωσικό φυσικό Boris Semenovich Jacobi το 1834. Η αρχή της χρήσης ενός περιστρεφόμενου δρομέα σε ένα μαγνητικό πεδίο, που παρουσιάζεται σε αυτήν την εφεύρεση, είναι σχεδόν αμετάβλητη από σύγχρονους κινητήρες DC.

Αλλά η δημιουργία του πρώτου κινητήρα με ασύγχρονη αρχή λειτουργίας ανήκει σε δύο επιστήμονες ταυτόχρονα - ο Νίκολας Τέσλα και ο Γαλιλαίος Φερράρης, οι οποίοι, με μια τυχαία σύμπτωση, επέδειξαν τις εφευρέσεις τους σε ένα χρόνο (1888). Λίγα χρόνια αργότερα, ένας κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος διπλής φάσης χωρίς ψήκτρες που δημιουργήθηκε από τον Nikola Tesla χρησιμοποιήθηκε ήδη σε αρκετές μονάδες παραγωγής ενέργειας. Το 1889, ο ρωσικός ηλεκτρολόγος μηχανικός Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky βελτίωσε την εφεύρεση της Tesla για να εργαστεί σε ένα τριφασικό δίκτυο, χάρη στο οποίο κατάφερε να δημιουργήσει τον πρώτο ασύγχρονο κινητήρα AC με χωρητικότητα άνω των 100 Watt. Ανήκει επίσης στην εφεύρεση των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των φάσεων σε τριφασικούς ηλεκτρικούς κινητήρες: "αστέρι" και "τρίγωνο", αρχικές αντιστάσεις και τριφασικούς μετασχηματιστές.

Σύνδεση σε μονοφασικές και τριφασικές πηγές ενέργειας

Ανάλογα με τον τύπο του δικτύου τροφοδοσίας, οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος ταξινομούνται σε μονοφασική και τριφασική.

Η σύνδεση ασύγχρονων μονοφασικών κινητήρων το καθιστά πολύ εύκολο - για να γίνει αυτό, αρκεί η σύνδεση των φάσεων και των ουδέτερων συρμάτων ενός μονοφασικού δικτύου 220V στις δύο εξόδους του περιβλήματος. Οι σύγχρονοι κινητήρες μπορούν επίσης να τροφοδοτηθούν από αυτόν τον τύπο δικτύου, αλλά η σύνδεση είναι λίγο πιο περίπλοκη - είναι απαραίτητο να συνδέσετε τις περιελίξεις του ρότορα και τον στάτορα έτσι ώστε οι επαφές μαγνητίζοντός τους να βρίσκονται απέναντι από το άλλο.

Η σύνδεση σε ένα τριφασικό δίκτυο είναι λίγο πιο περίπλοκη. Καταρχήν, πρέπει να σημειωθεί ότι το τερματικό κουτί περιέχει 6 τερματικά - ένα ζεύγος για κάθε μία από τις τρεις περιελίξεις. Δεύτερον, καθιστά δυνατή τη χρήση μιας από τις δύο μεθόδους σύνδεσης ("αστέρι" και "τρίγωνο"). Η εσφαλμένη σύνδεση μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη του κινητήρα λόγω τήξης των περιελίξεων στάτορα.

Η κύρια λειτουργική διαφορά μεταξύ του "αστεριού" και του "τριγώνου" είναι η διαφορετική κατανάλωση ενέργειας, η οποία γίνεται για να μετατραπεί το μηχάνημα σε δίκτυα τριών φάσεων με διαφορετικές τάσεις γραμμής - 380V ή 660V. Στην πρώτη περίπτωση, οι περιελίξεις θα πρέπει να συνδεθούν σύμφωνα με το σχήμα "τρίγωνο", και στη δεύτερη - το "αστέρι". Ένας τέτοιος κανόνας συμπερίληψης επιτρέπει και στις δύο περιπτώσεις να έχει τάση 380V στις περιελίξεις κάθε φάσης.

Στον πίνακα σύνδεσης, οι πείροι περιέλιξης τοποθετούνται έτσι ώστε οι διακόπτες που χρησιμοποιούνται για την ενεργοποίηση να μην διασχίζουν ο ένας τον άλλον. Εάν το κιβώτιο ακροδεκτών του κινητήρα περιέχει μόνο τρεις συνδετήρες, τότε είναι σχεδιασμένο να λειτουργεί από μία μόνο τάση, η οποία καθορίζεται στην τεχνική τεκμηρίωση και οι περιελίξεις αλληλοσυνδέονται μέσα στη συσκευή.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ηλεκτρικών κινητήρων AC

Σήμερα, μεταξύ όλων των ηλεκτρικών κινητήρων, οι συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος καταλαμβάνουν ηγετική θέση όσον αφορά τη χρήση σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Έχουν χαμηλό κόστος, εύκολο να διατηρήσει το σχεδιασμό και την αποτελεσματικότητα τουλάχιστον 90%. Επιπλέον, η συσκευή τους σας επιτρέπει να αλλάζετε ομαλά την ταχύτητα περιστροφής χωρίς να καταφεύγετε σε πρόσθετο εξοπλισμό, όπως κιβώτια ταχυτήτων.

Το κύριο μειονέκτημα των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος με ασύγχρονη αρχή λειτουργίας είναι το γεγονός ότι είναι δυνατή η ρύθμιση της ταχύτητας του άξονα τους μόνο με την αλλαγή της συχνότητας εισόδου του ρεύματος. Δεν είναι δυνατή η επίτευξη μίας σταθερής ταχύτητας περιστροφής και επίσης μειώνεται η ισχύς. Οι ασύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες χαρακτηρίζονται από υψηλά ρεύματα εκκίνησης, αλλά χαμηλή ροπή εκκίνησης. Για να διορθωθούν αυτές οι αδυναμίες, χρησιμοποιείται ένας κινητήρας συχνότητας, αλλά η τιμή του είναι αντίθετη με ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτών των κινητήρων - χαμηλού κόστους.

Εφαρμογή

Σήμερα, οι ηλεκτροκινητήρες με προδιαγραφές εναλλασσόμενου ρεύματος είναι συνήθεις σε όλους τους τομείς της βιομηχανίας και των μέσων διαβίωσης. Στα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, εγκαθίστανται ως γεννήτριες, που χρησιμοποιούνται στον εξοπλισμό παραγωγής, στην αυτοκινητοβιομηχανία και ακόμη και στις οικιακές συσκευές. Σήμερα, σε κάθε σπίτι μπορείτε να βρείτε τουλάχιστον μία συσκευή με ηλεκτρικό μοτέρ εναλλασσόμενου ρεύματος, για παράδειγμα, πλυντήριο ρούχων. Οι λόγοι για μια τέτοια μεγάλη δημοτικότητα είναι η ευελιξία, η ανθεκτικότητα και η ευκολία συντήρησης.

Μεταξύ των ασύγχρονων ηλεκτρικών μηχανών, οι συσκευές με τριφασική προδιαγραφή είναι συνηθέστερες. Είναι η καλύτερη επιλογή για χρήση σε πολλές μονάδες ισχύος, γεννήτριες και εγκαταστάσεις υψηλής ισχύος, των οποίων η εργασία συνδέεται με την ανάγκη ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής του άξονα.

Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα

Ένας ηλεκτρικός κινητήρας είναι μια ηλεκτρική συσκευή για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Σήμερα, οι ηλεκτροκινητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία για την οδήγηση διαφόρων μηχανών και μηχανισμών. Στο σπίτι, εγκαθίστανται σε ένα πλυντήριο ρούχων, ψυγείο, αποχυμωτή, επεξεργαστή τροφίμων, ανεμιστήρες, ηλεκτρικές ξυριστικές μηχανές κλπ. Κινητήρες που κινούνται σε κίνηση, συσκευές και μηχανισμοί που συνδέονται με αυτό.

Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσω για τους πιο συνηθισμένους τύπους και αρχές λειτουργίας ηλεκτρικών κινητήρων AC, που χρησιμοποιούνται ευρέως στο γκαράζ, στο σπίτι ή στο εργαστήριο.

Πώς λειτουργεί ένας ηλεκτροκινητήρας

Ο κινητήρας βασίζεται στο αποτέλεσμα που ανακαλύφθηκε από τον Michael Faraday το 1821. Έκανε την ανακάλυψη ότι στην αλληλεπίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό και έναν μαγνήτη, μπορεί να προκύψει συνεχής περιστροφή.

Εάν ένα πλαίσιο τοποθετηθεί σε ένα κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο σε ομοιόμορφη θέση και ένα ρεύμα περνά μέσα από αυτό, τότε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο θα προκύψει γύρω από τον αγωγό, ο οποίος θα αλληλεπιδράσει με τους πόλους των μαγνητών. Από ένα πλαίσιο θα απωθείται και το άλλο θα προσελκύσει.

Ως αποτέλεσμα, το πλαίσιο θα γυρίσει σε οριζόντια θέση, στην οποία το αποτέλεσμα του μαγνητικού πεδίου στον αγωγό θα είναι μηδέν. Προκειμένου η περιστροφή να συνεχιστεί, πρέπει να προσθέσετε ένα άλλο πλαίσιο υπό γωνία ή να αλλάξετε την κατεύθυνση του ρεύματος στο πλαίσιο στην κατάλληλη στιγμή.

Στο σχήμα, αυτό γίνεται με τη βοήθεια δύο ημικυκλίων, τα οποία γειτνιάζουν με τις πλάκες επαφής από την μπαταρία. Ως αποτέλεσμα, μετά από μια μισή στροφή, η πολικότητα αλλάζει και η περιστροφή συνεχίζεται.

Στους σύγχρονους ηλεκτρικούς κινητήρες, αντί για μόνιμους μαγνήτες, χρησιμοποιούνται πηνία επαγωγής ή ηλεκτρομαγνήτες για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου. Εάν αποσυναρμολογήσετε οποιοδήποτε κινητήρα, τότε θα δείτε πηνία καλυμμένου καλωδίου με μονωτικό βερνίκι. Αυτά τα πηνία είναι ο ηλεκτρομαγνήτης, ή όπως αποκαλούνται οι τύλιγες διέγερσης.

Στην καθημερινή ζωή, οι ίδιοι μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται στα παιδικά παιχνίδια με μπαταρίες.

Σε άλλους, ισχυρότερους κινητήρες, χρησιμοποιούνται μόνο ηλεκτρομαγνήτες ή περιελίξεις. Το περιστρεφόμενο τμήμα μαζί τους καλείται ρότορα και το σταθερό μέρος είναι ο στάτορας.

Τύποι ηλεκτρικών κινητήρων

Σήμερα, υπάρχουν πολλοί ηλεκτρικοί κινητήρες διαφορετικών σχεδίων και τύπων. Μπορούν να χωριστούν ανάλογα με τον τύπο τροφοδοσίας:

  1. AC που τροφοδοτείται απευθείας από το δίκτυο.
  2. DC, που τροφοδοτούνται από μπαταρίες, μπαταρίες, τροφοδοτικά ή άλλες πηγές DC.

Σύμφωνα με την αρχή της εργασίας:

  1. Σύγχρονη, στην οποία υπάρχει περιέλιξη στο ρότορα και μηχανισμός βούρτσας για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.
  2. Ασύγχρονος, ο ευκολότερος και πιο κοινός τύπος κινητήρα. Δεν έχουν πινέλα και περιελίξεις στο ρότορα.

Ένας συγχρονισμένος κινητήρας περιστρέφεται συγχρόνως με ένα μαγνητικό πεδίο που τον περιστρέφει και με έναν ασύγχρονο κινητήρα ο ρότορας περιστρέφεται πιο αργά από ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στον στάτορα.

Η αρχή λειτουργίας και ασύγχρονος κινητήρας της συσκευής

Στην περίπτωση ενός ασύγχρονου κινητήρα, οι περιελίξεις του στάτορα στοιβάζονται (για 380 Volts θα υπάρχουν 3), οι οποίες δημιουργούν ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Οι άκρες σύνδεσης τους εμφανίζονται σε ειδικό τερματικό. Οι περιελίξεις ψύχονται λόγω του ανεμιστήρα που είναι τοποθετημένος στον άξονα στο άκρο του ηλεκτροκινητήρα.

Ο ρότορας, ο οποίος είναι ενσωματωμένος με τον άξονα, είναι κατασκευασμένος από μεταλλικές ράβδους, οι οποίοι είναι κλεισμένοι μεταξύ τους και στις δύο πλευρές, γι 'αυτό ονομάζεται βραχυκύκλωμα.
Χάρη σε αυτό το σχέδιο, εξαλείφεται η ανάγκη συχνής περιοδικής συντήρησης και αντικατάστασης των πινέλων τροφοδοσίας, η αξιοπιστία, η ανθεκτικότητα και η αξιοπιστία πολλαπλασιάζονται.

Κατά κανόνα, η κύρια αιτία ασύγχρονης θραύσης του κινητήρα είναι η φθορά των εδράνων στα οποία περιστρέφεται ο άξονας.

Η αρχή της λειτουργίας. Για να λειτουργήσει ένας ασύγχρονος κινητήρας, είναι απαραίτητο ο ρότορας να περιστρέφεται πιο αργά από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του στάτορα, ως αποτέλεσμα του οποίου προκαλείται ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (ηλεκτρικό ρεύμα) στον ρότορα. Εδώ η σημαντική προϋπόθεση είναι, αν ο ρότορας περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με το μαγνητικό πεδίο, τότε σε αυτό, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, δεν θα υπήρχε EMF και επομένως δεν θα υπήρχε περιστροφή. Αλλά στην πραγματικότητα, λόγω της τριβής των ρουλεμάν ή του φορτίου στον άξονα, ο δρομέας θα περιστρέφεται πάντα πιο αργά.

Οι μαγνητικοί πόλοι συνεχώς περιστρέφονται στις περιελίξεις του κινητήρα και η κατεύθυνση του ρεύματος στο ρότορα αλλάζει διαρκώς. Σε μια χρονική στιγμή, για παράδειγμα, η κατεύθυνση των ρευμάτων στις περιελίξεις του στάτη και του ρότορα παρουσιάζεται σχηματικά με τη μορφή σταυρών (το ρεύμα ρέει από εμάς) και των σημείων (το ρεύμα ρέει προς εμάς). Το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο απεικονίζεται απεικονιζόμενο από τη διακεκομμένη γραμμή.

Για παράδειγμα, πώς λειτουργεί ένα κυκλικό πριόνι. Ο μεγαλύτερος κύκλος εργασιών της δεν είναι φορτίο. Αλλά μόλις αρχίσουμε να κόβουμε την πλάκα, μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής και ταυτόχρονα ο ρότορας αρχίζει να περιστρέφεται πιο αργά σε σχέση με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και, σύμφωνα με τους νόμους της ηλεκτροτεχνίας, αρχίζει να προκαλεί μια ακόμη μεγαλύτερη τιμή EMF. Το ρεύμα που καταναλώνεται από τον κινητήρα μεγαλώνει και αρχίζει να λειτουργεί με πλήρη ισχύ. Εάν το φορτίο στον άξονα είναι τόσο μεγάλο που σταματάει, τότε μπορεί να προκληθεί βλάβη στον βραχυκυκλωμένο δρομέα λόγω της μέγιστης τιμής του emf που προκαλείται σε αυτόν. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι σημαντικό να επιλέξετε τον κινητήρα, την κατάλληλη ισχύ. Αν πάρουμε περισσότερα, τότε η κατανάλωση ενέργειας θα είναι αδικαιολόγητη.

Η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα εξαρτάται από τον αριθμό των πόλων. Σε 2 πόλους, η ταχύτητα περιστροφής θα είναι ίση με την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου, ίση με το μέγιστο 3000 περιστροφές ανά δευτερόλεπτο σε συχνότητα δικτύου 50 Hz. Για να μειώσετε κατά το ήμισυ την ταχύτητα, είναι απαραίτητο να αυξήσετε τον αριθμό των πόλων στον στάτορα στα τέσσερα.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα των ασύγχρονων κινητήρων είναι ότι τροφοδοτούνται για να ρυθμίσουν την ταχύτητα περιστροφής του άξονα μόνο με αλλαγή της συχνότητας ηλεκτρικού ρεύματος. Και έτσι δεν είναι δυνατόν να επιτευχθεί μια σταθερή συχνότητα περιστροφής του άξονα.

Η αρχή λειτουργίας και η διάταξη ενός σύγχρονου κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος

Αυτός ο τύπος ηλεκτρικού κινητήρα χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή, όπου απαιτείται σταθερή ταχύτητα περιστροφής, η δυνατότητα ρύθμισης του, καθώς και αν απαιτείται ταχύτητα περιστροφής άνω των 3000 περιστροφών ανά λεπτό (αυτό είναι το μέγιστο για ασύγχρονη).

Οι σύγχρονοι κινητήρες εγκαθίστανται σε ηλεκτρικό εργαλείο, ηλεκτρική σκούπα, πλυντήριο ρούχων κ.λπ.

Στην περίπτωση ενός σύγχρονου ηλεκτροκινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος υπάρχουν περιελίξεις (3 στο σχήμα), οι οποίες επίσης τυλίγονται στον δρομέα ή στην άγκυρα (1). Οι αγωγοί τους είναι συγκολλημένοι στους τομείς του δακτυλίου συλλέκτη ή του συλλέκτη (5), στον οποίο εφαρμόζεται τάση με τη χρήση βούρτσας γραφίτη (4). Σε ποια συμπεράσματα βρίσκονται, έτσι ώστε οι βούρτσες πάντα να παρέχουν τάση μόνο για ένα ζεύγος.

Οι πιο συχνές βλάβες των κινητήρων συλλογής είναι:

  1. Εξαντλήθηκε η κακή επαφή τους λόγω της εξασθένησης του ελατηρίου σύσφιξης.
  2. Μόλυνση του συλλέκτη. Καθαρίστε με αλκοόλη ή γυαλόχαρτο μηδέν.
  3. Φόρεμα.

Η αρχή της λειτουργίας. Η ροπή σε έναν ηλεκτρικό κινητήρα δημιουργείται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ρεύματος οπλισμού και της μαγνητικής ροής στην περιέλιξη διέγερσης. Με αλλαγή στην κατεύθυνση του εναλλασσόμενου ρεύματος, η κατεύθυνση της μαγνητικής ροής ταυτόχρονα στο περίβλημα και στην άγκυρα θα αλλάξει, έτσι ώστε η περιστροφή να είναι πάντα στην ίδια κατεύθυνση.

Η ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής αλλάζει αλλάζοντας το μέγεθος της παρεχόμενης τάσης. Σε τρυπάνια και ηλεκτρικές σκούπες, χρησιμοποιείται ένας ρεοστάτης ή μεταβλητή αντίσταση.

Η αλλαγή στην κατεύθυνση περιστροφής είναι η ίδια με αυτή των κινητήρων συνεχούς ρεύματος, την οποία θα συζητήσω στο επόμενο άρθρο.

Κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος

Οι ηλεκτροκινητήρες έχουν μακρά και σταθερή ηγετική θέση ανάμεσα στις μονάδες ισχύος διαφόρων τύπων εξοπλισμού. Μπορούν να βρεθούν στο αυτοκίνητο και στην ηλεκτρική σκούπα, στις πιο σύνθετες μηχανές και στα συνηθισμένα παιδικά παιχνίδια. Είναι σχεδόν παντού, αν και διαφέρουν ως προς το είδος, τη δομή και τα χαρακτηριστικά απόδοσης.

Οι ηλεκτροκινητήρες είναι μονάδες ισχύος ικανές να μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι: κινητήρες AC και DC. Η διαφορά μεταξύ τους, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι στον τύπο του ρεύματος τροφοδοσίας. Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε την πρώτη μορφή - τον κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος

Διάταξη και αρχή λειτουργίας

Η κύρια κινητήρια δύναμη οποιουδήποτε ηλεκτροκινητήρα είναι η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, για να την περιγράψουμε με λίγα λόγια, είναι η εμφάνιση ενός ρεύματος σε έναν αγωγό τοποθετημένο σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Η πηγή του εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου είναι ένα ακίνητο περίβλημα κινητήρα με τοποθετημένες περιελίξεις - ένας στάτορας συνδεδεμένος με μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Είναι ένα κινητό στοιχείο - ο ρότορας, στον οποίο υπάρχει ρεύμα. Σύμφωνα με το νόμο του Ampere, μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη αρχίζει να δρα επί ενός φορτισμένου αγωγού τοποθετημένου σε ένα μαγνητικό πεδίο - EMF, το οποίο περιστρέφει τον άξονα του ρότορα. Έτσι, η ηλεκτρική ενέργεια που τροφοδοτείται στον στάτορα μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια του δρομέα. Διάφοροι μηχανισμοί που εκτελούν χρήσιμη εργασία μπορούν να συνδεθούν με έναν περιστρεφόμενο άξονα.

Οι ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίζονται σε σύγχρονα και ασύγχρονα. Η διαφορά μεταξύ τους είναι ότι στον πρώτο ρότορα και το μαγνητικό πεδίο του στάτορα περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα και δεύτερον, ο ρότορας περιστρέφεται πιο αργά από το μαγνητικό πεδίο. Διαφέρουν στη συσκευή και στην αρχή της λειτουργίας.

Ασύγχρονος κινητήρας

Ασύγχρονη συσκευή κινητήρα

Στον στάτορα ενός ασύγχρονου κινητήρα, οι περιελίξεις στερεώνονται, δημιουργώντας ένα εναλλασσόμενο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, τα άκρα του οποίου εξέρχονται στο κιβώτιο ακροδεκτών. Καθώς ο κινητήρας θερμαίνεται κατά τη λειτουργία, υπάρχει ένας ανεμιστήρας ψύξης στον άξονά του.

Ο ρότορας του ασύγχρονου κινητήρα γίνεται με τον άξονα ως μία μονάδα. Είναι μεταλλικές ράβδοι, κλειστές μεταξύ τους και στις δύο πλευρές, εξαιτίας των οποίων ένας τέτοιος ρότορας ονομάζεται επίσης βραχυκυκλωμένος. Με την εμφάνισή του, μοιάζει με ένα κλουβί, ονομάζεται συχνά "τροχός σκίουρου". Η αργότερη περιστροφή του ρότορα σε σύγκριση με την περιστροφή του μαγνητικού πεδίου είναι το αποτέλεσμα της απώλειας ισχύος κατά την τριβή των εδράνων. Παρεμπιπτόντως, αν δεν υπήρχε αυτή η διαφορά στην ταχύτητα, το emf δεν θα συνέβαινε και χωρίς αυτό δεν θα υπήρχε ρεύμα στο ρότορα και στην ίδια την περιστροφή.

Το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται λόγω μιας σταθερής αλλαγής πόλων. Σε αυτή την περίπτωση, η κατεύθυνση του ρεύματος στις περιελίξεις αλλάζει αναλόγως. Η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα επαγωγής εξαρτάται από τον αριθμό των πόλων του μαγνητικού πεδίου.

Σύγχρονος κινητήρας

Σύγχρονη συσκευή κινητήρα

Η σύγχρονη συσκευή κινητήρα είναι ελαφρώς διαφορετική. Όπως υποδηλώνει το όνομα, σε αυτόν τον κινητήρα ο ρότορας περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με το μαγνητικό πεδίο. Αποτελείται από ένα σώμα με περιελίξεις προσαρτημένο σε αυτό και ένα ρότορα ή άγκυρα εφοδιασμένο με τα ίδια περιελίξεις. Τα άκρα των περιελίξεων εξέρχονται και στερεώνονται επί του συλλέκτη. Ο συλλέκτης ή ο δακτύλιος συλλογής ενεργοποιείται με βούρτσες γραφίτη. Στην περίπτωση αυτή, τα άκρα των περιελίξεων είναι διατεταγμένα κατά τέτοιο τρόπο ώστε ταυτόχρονα να μπορεί να εφαρμοστεί μόνο ένα ζεύγος τάσης.

Σε αντίθεση με τους ασύγχρονους στροφείς των σύγχρονων κινητήρων, η τάση τροφοδοτείται με βούρτσες, φορτίζει τις περιελίξεις και δεν προκαλείται από ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Η κατεύθυνση του ρεύματος στις περιελίξεις του ρότορα αλλάζει παράλληλα με την αλλαγή της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου, έτσι ώστε ο άξονας εξόδου να περιστρέφεται πάντα προς τη μία κατεύθυνση. Οι σύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες σας επιτρέπουν να ρυθμίσετε την ταχύτητα περιστροφής του άξονα αλλάζοντας την τιμή τάσης. Στην πράξη χρησιμοποιούνται συνήθως τα ρεοστάτα για αυτό.

Σύντομο ιστορικό της δημιουργίας

Για πρώτη φορά η δυνατότητα μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια ανακαλύφθηκε από τον βρετανό επιστήμονα M.Faraday το 1821. Η εμπειρία του με το καλώδιο, τοποθετημένη σε ένα λουτρό με υδράργυρο, εξοπλισμένη με ένα μαγνήτη, έδειξε ότι όταν το καλώδιο συνδέεται με την πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, αρχίζει να περιστρέφεται. Αυτή η απλή εμπειρία σίγουρα θυμόμαστε πολλοί γύρω από το σχολείο, ωστόσο, ο υδράργυρος αντικαθίσταται από ένα ασφαλές άλμη εκεί. Το επόμενο βήμα στη μελέτη αυτού του φαινομένου ήταν η δημιουργία ενός μονοπολικού κινητήρα - ο τροχός Barlow. Ποτέ δεν βρήκε καμία χρήσιμη εφαρμογή, αλλά κατέδειξε σαφώς τη συμπεριφορά ενός φορτισμένου αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Στην αυγή της ιστορίας των ηλεκτρικών κινητήρων, οι επιστήμονες προσπάθησαν να δημιουργήσουν ένα μοντέλο με έναν πυρήνα κινούμενο σε ένα μαγνητικό πεδίο όχι σε κύκλο, αλλά σε παλινδρομικό. Αυτή η επιλογή προτάθηκε ως εναλλακτική λύση για τους εμβολοφόρους κινητήρες. Ο ηλεκτροκινητήρας στη συνήθη μορφή του δημιουργήθηκε για πρώτη φορά το 1834 από τον ρώσο επιστήμονα B.S. Jacobi Ήταν αυτός που πρότεινε την ιδέα της χρήσης μιας άγκυρας που περιστρέφεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, και δημιούργησε ακόμη και το πρώτο δείγμα εργασίας.

Ο πρώτος ασύγχρονος κινητήρας, βασισμένος σε περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, εμφανίστηκε το 1870. Οι συγγραφείς της αλληλεπίδρασης του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου ήταν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο δύο επιστήμονες: Γ. Φερράρης και Ν. Τέσλα. Η τελευταία ανήκει επίσης στην ιδέα της δημιουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα χωρίς ψήκτρες. Σύμφωνα με τα σχέδιά του, κατασκευάστηκαν αρκετοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας με κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Η επόμενη πιο επιτυχημένη εξέλιξη αποδείχθηκε ότι ήταν τριφασικός κινητήρας που προτάθηκε από το M.O. Dolivo-Dobrovolsky. Το πρώτο μοντέλο λειτουργίας του ξεκίνησε το 1888, ακολουθούμενο από μια σειρά πιο προηγμένων κινητήρων. Αυτός ο Ρώσος επιστήμονας όχι μόνο περιγράφει την αρχή λειτουργίας ενός τριφασικού ηλεκτροκινητήρα, αλλά και μελετούσε διάφορους τύπους συνδέσεων φάσης (δέλτα και αστέρι), τη δυνατότητα χρήσης διαφορετικών τάσεων ρεύματος. Ήταν αυτός που εφευρέθηκε αρχικές αντιστάσεις, τριφασικοί μετασχηματιστές, ανέπτυξε το διάγραμμα καλωδίωσης των κινητήρων και των γεννητριών.

Χαρακτηριστικά του κινητήρα AC, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του

Σήμερα, οι ηλεκτροκινητήρες είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους μονάδων παραγωγής ενέργειας και υπάρχουν πολλοί λόγοι για αυτό. Έχουν υψηλή απόδοση περίπου 90% και μερικές φορές υψηλότερες, αρκετά χαμηλό κόστος και απλό σχεδιασμό, δεν εκπέμπουν βλαβερές ουσίες κατά τη λειτουργία, καθιστούν δυνατή την ομαλή αλλαγή ταχύτητας κατά τη λειτουργία, χωρίς να χρησιμοποιούν πρόσθετες ταχύτητες, όπως κιβώτια ταχυτήτων, αξιόπιστα και ανθεκτικά.

Μεταξύ των ελλείψεων όλων των τύπων ηλεκτρικών κινητήρων είναι η έλλειψη μπαταρίας ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής χωρητικότητας για αυτόνομη λειτουργία.

Η κύρια διαφορά μεταξύ του κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος και του πλησιέστερου σχετικού - του κινητήρα συνεχούς ρεύματος - είναι ότι ο πρώτος τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Αν συγκρίνουμε τη λειτουργικότητά τους, το πρώτο είναι λιγότερο ισχυρό, είναι δύσκολο να ελέγχεται η ταχύτητα σε ένα ευρύ φάσμα, έχει μικρότερη απόδοση.

Αν συγκρίνουμε τους ασύγχρονους και σύγχρονους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος, ο πρώτος έχει απλούστερο σχεδιασμό και στερείται των βούρτσων γραφίτη "αδύναμης ζεύξης". Είναι συνήθως οι πρώτοι που αποτυγχάνουν όταν αποτυγχάνεται ένας σύγχρονος κινητήρας. Ταυτόχρονα, είναι δύσκολο για αυτόν να αποκτήσει και να ρυθμίσει μια σταθερή ταχύτητα, η οποία εξαρτάται από το φορτίο. Οι σύγχρονοι κινητήρες σας επιτρέπουν να ρυθμίζετε την ταχύτητα περιστροφής με τη βοήθεια των ρεοστάτων.

Πεδίο εφαρμογής

Οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλες σχεδόν τις περιοχές. Είναι εξοπλισμένα με μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία και στη μηχανολογία, είναι σε οικιακές συσκευές. Η απλότητα του σχεδιασμού, της αξιοπιστίας, της αντοχής και της υψηλής απόδοσης τους καθιστά σχεδόν καθολικούς.

Οι ασύγχρονοι κινητήρες έχουν βρεθεί σε συστήματα κίνησης διαφόρων μηχανών, μηχανημάτων, φυγοκεντρικών συσκευών, ανεμιστήρων, συμπιεστών, καθώς και οικιακών συσκευών. Οι τριφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες είναι οι πιο συνηθισμένοι και δημοφιλείς. Οι σύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται όχι μόνο ως μονάδες ισχύος, αλλά και ως γεννήτριες, καθώς και για την οδήγηση μεγάλων εγκαταστάσεων όπου είναι σημαντικό να ελέγχεται η ταχύτητα.

Σχέδιο συνδεσμολογίας του κινητήρα

Οι ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος είναι τριφασικοί και μονοφασικοί.
Οι ασύγχρονοι μονοφασικοί κινητήρες έχουν 2 εξόδους στο περίβλημα και είναι εύκολο να συνδεθούν με το δίκτυο. Δεδομένου ότι ολόκληρο το οικιακό ηλεκτρικό δίκτυο είναι ως επί το πλείστον μονοφασικό 220V και έχει 2 καλώδια - τη φάση και το μηδέν. Με σύγχρονα, όλα είναι πολύ πιο ενδιαφέροντα, μπορούν επίσης να συνδεθούν με 2 καλώδια, αρκεί να συνδέσετε τις περιελίξεις του ρότορα και του στάτορα. Αλλά πρέπει να συνδεθούν με τέτοιο τρόπο ώστε οι περιελίξεις της μονοπολικής μαγνήτισης του ρότορα και του στάτορα να βρίσκονται απέναντι από το άλλο.
Οι δυσκολίες είναι οι κινητήρες για δίκτυο 3 φάσεων. Κατ 'αρχάς, οι κινητήρες αυτοί έχουν κυρίως 6 ακροδέκτες στο κιβώτιο ακροδεκτών και αυτό σημαίνει ότι οι περιελίξεις του μοτέρ πρέπει να συνδεθούν από μόνες τους και, δεύτερον, οι περιελίξεις τους μπορούν να συνδεθούν με διαφορετικούς τρόπους - από τον τύπο του "άστρου" και του "τριγώνου". Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη σύνδεση των σφιγκτήρων στο κουτί συνδεσμολογίας, ανάλογα με τον τύπο σύνδεσης των περιελίξεων.

Η σύνδεση του ίδιου ηλεκτροκινητήρα με διαφορετικό τρόπο στο ίδιο ηλεκτρικό δίκτυο θα οδηγήσει στην κατανάλωση διαφορετικής ισχύος. Εάν αυτή δεν είναι η σωστή σύνδεση του ηλεκτροκινητήρα, μπορεί να οδηγήσει σε τήξη των περιελίξεων στάτορα.

Συνήθως, οι ασύγχρονοι κινητήρες σχεδιάζονται για να συνδέονται σε ένα τριφασικό δίκτυο σε δύο διαφορετικές τάσεις, οι οποίες διαφέρουν κατά περιόδους. Για παράδειγμα, ο κινητήρας έχει σχεδιαστεί για να συνδεθεί στο δίκτυο με τάσεις 380/660 V. Εάν η τάση δικτύου στο δίκτυο είναι 660 V, τότε η περιέλιξη στάτορα θα πρέπει να συνδεθεί με ένα αστέρι και αν 380 V, τότε με ένα τρίγωνο. Και στις δύο περιπτώσεις, η τάση στην περιέλιξη κάθε φάσης θα είναι 380 V. Οι έξοδοι των περιελίξεων φάσης τοποθετούνται επί του πίνακα έτσι ώστε η σύνδεση των περιελίξεων φάσης να μπορεί να πραγματοποιηθεί εύκολα με τη χρήση βραχυκυκλωμάτων, χωρίς να διασταυρωθούν. Σε μερικούς κινητήρες χαμηλής ισχύος, υπάρχουν μόνο τρεις συνδετήρες στο κιβώτιο ακροδεκτών. Σε αυτή την περίπτωση, ο κινητήρας μπορεί να ενεργοποιηθεί στο δίκτυο για μία τάση (η περιέλιξη του στάτορα ενός τέτοιου κινητήρα συνδέεται με ένα αστέρι ή ένα τρίγωνο μέσα στον κινητήρα).

Το σχηματικό διάγραμμα της συμπερίληψης στο τριφασικό δίκτυο ενός επαγωγικού κινητήρα με ένα στροφείο φάσης παρουσιάζεται στο σχήμα. Η περιέλιξη του ρότορα αυτού του κινητήρα συνδέεται με μια αντίσταση έναρξης YAR, δημιουργώντας μια πρόσθετη αντίσταση R στο κύκλωμα του δρομέαπροσθέστε.

AC κινητή συσκευή και αρχή λειτουργίας

Ac εργασίας με κινητήρα

Από το όνομα προκύπτει ότι ένα χαρακτηριστικό αυτού του τύπου ηλεκτρικών κινητήρων (ED) είναι ότι λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα. Εάν τα σωματίδια ισχύος DC ακολουθήσουν μία μόνο κατεύθυνση, και μπορεί σε κάποιο σημείο στο χρόνο για την αλλαγή στην ένταση (διαφορά δυναμικού ή τάση), στη συνέχεια, ένα εναλλασσόμενο ρεύμα, υπάρχουν και άλλα χαρακτηριστικά - όπως η συχνότητα, το σχήμα και τη διάρκεια. Τι επηρέασε το σχεδιασμό και την αρχή λειτουργίας των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος. Στο άρθρο θα αναλύσουμε τις κύριες πτυχές της εργασίας εναλλασσόμενου ρεύματος ED.

Η ταξινόμηση και η αρχή λειτουργίας κινητήρων AC

Οι ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ηλεκτρικές συσκευές που αποτελούν ένα είδος μετατροπέων ηλεκτρικής ενέργειας, η αρχή της οποίας βασίζεται στις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις του Lorentz και στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Τροφοδοτείται με AC. Η ED και οι εναλλάκτες σύμφωνα με την αρχή της δράσης ταξινομούνται σε σύγχρονα και ασύγχρονα. Τι θα ήταν σαφές περαιτέρω εξήγηση Θέλω να πω για τα ακόλουθα.

Το κύριο χαρακτηριστικό των ηλεκτρικών μηχανών εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ότι η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια ή το αντίστροφο, χρησιμοποιώντας αλληλεπίδραση μαγνητικού πεδίου, ένα από αυτά περιστρέφεται, δυναμικό (δημιουργείται όταν κινείται εναλλασσόμενο ρεύμα και άλλο πεδίο είναι στατικό, σταθερό. ο κινητός τομέας πρέπει να αλληλεπιδρά με τη σταθερά, πράγμα που δημιουργεί μηχανική κίνηση του άξονα ED.

Η γενική αρχή λειτουργίας μιας ασύγχρονης ηλεκτρικής μηχανής έχει ως εξής. Τρία τυλίγματα περιελίσσονται στον στάτορα ED, στο οποίο συνδέονται τρεις φάσεις. Από την πορεία της ηλεκτρολογίας, γνωρίζουμε ότι το τριφασικό ρεύμα είναι μια κυκλική αλλαγή στο μέγεθος του ρεύματος και της τάσης που ρέει ομαλά μέσω ενός ημιτονοειδούς. Δηλ, η μέγιστη ισχύς ρέει ομαλά από το ένα σημείο στο άλλο τύλιγμα, είναι σαφές ότι, στην περίπτωση αυτή, στην αντίθετη πλευρά sinusoydy θα τροφοδοτήσει τουλάχιστον. Έτσι, όταν εφαρμόζεται τριφασική τάση στις περιελίξεις του στάτη μιας ασύγχρονης ED, έχουμε ως αποτέλεσμα ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο της οποίας η συχνότητα είναι ίση με τη συχνότητα του δικτύου παροχής ρεύματος, στη Ρωσία είναι 50 Hz.

Γνωρίζουμε από την πορεία της φυσικής και της γενικής ηλεκτρολογίας ότι όταν ένας αγωγός κινείται σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται στα άκρα του μια διαφορά δυναμικού και εάν τα άκρα του συνδέονται με οποιοδήποτε κύκλωμα, τότε θα ρέει ρεύμα διαμέσου του, σχηματίζοντας γύρω του το δικό του μαγνητικό πεδίο. Αυτή η αρχή λειτουργίας βρίσκεται σε ασύγχρονες ηλεκτρικές μηχανές. Στο εσωτερικό του είναι ένας βραχυκυκλωμένος ρότορας. Σε ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται ένα emf και δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο, το οποίο απωθείται από το πεδίο του στάτορα.

Ασύγχρονος κινητήρας. Διάταξη και αρχή λειτουργίας

Η λειτουργία ενός ασύγχρονου κινητήρα βασίζεται στις αρχές της φυσικής αλληλεπίδρασης του μαγνητικού πεδίου που εμφανίζεται στον στάτορα με το ρεύμα που παράγει αυτό το πεδίο στην περιέλιξη του ρότορα.

Η σύγχρονη ED δεν έχει τέτοια καθυστέρηση. Εκεί, το πεδίο του επαγωγέα καθώς προσκολλάται στο περιστρεφόμενο πεδίο του οπλισμού, το οποίο οδηγεί στην ταυτόχρονη λειτουργία και των δύο μαγνητικών πεδίων. Αν το ασύγχρονο στατικό πεδίο είναι συνέπεια της δυναμικής, σε σύγχρονη με μια ορισμένη έννοια, οι αιτίες εμφάνισης περιστρεφόμενων πεδίων και στατικών πεδίων είναι ανεξάρτητες το ένα από το άλλο, αλλά η αλληλεπίδρασή τους επιτρέπει την εργασία εναλλασσόμενου ρεύματος ED.

Σύγχρονος κινητήρας. Αρχή λειτουργίας

Ένας σύγχρονος κινητήρας είναι ένας τύπος ηλεκτρικών κινητήρων που λειτουργούν μόνο με εναλλασσόμενη τάση και η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα συμπίπτει με τη συχνότητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο παραμένει σταθερός ανεξάρτητα από το φορτίο, επειδή ο ρότορας ενός σύγχρονου κινητήρα είναι ένας συνηθισμένος ηλεκτρομαγνήτης και ο αριθμός των ζευγών πόλων συμπίπτει με τον αριθμό των ζευγών πόλων ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Επομένως, η αλληλεπίδραση αυτών των πόλων εξασφαλίζει τη σταθερότητα της γωνιακής ταχύτητας με την οποία στρέφεται ο ρότορας.

Διάταξη, αρχή της λειτουργίας του ασύγχρονου κινητήρα

Ένας ασύγχρονος κινητήρας είναι μια μηχανή AC. Η λέξη "ασύγχρονη" σημαίνει μη ταυτόχρονη. Στην περίπτωση αυτή, εννοείται ότι στους ασύγχρονους κινητήρες η συχνότητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου διαφέρει από τη συχνότητα περιστροφής του δρομέα. Τα κύρια μέρη του μηχανήματος είναι ο στάτορας και ο ρότορας, διαχωρισμένα μεταξύ τους με ομοιόμορφο κενό αέρα.

Εικ.1. Ασύγχρονοι κινητήρες

Ο στάτορας είναι ένα σταθερό μέρος της μηχανής (σχήμα 1, α). Προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες των φούσκων, ο πυρήνας του συναρμολογείται από συμπιεσμένα φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα με πάχος 0,35-0,5 mm, απομονωμένα μεταξύ τους από ένα στρώμα βερνικιού. Στην υποδοχή του μαγνητικού κυκλώματος στάτη τοποθετείται μια περιέλιξη. Σε τριφασικούς κινητήρες, η περιέλιξη είναι τριφασική. Οι φάσεις της περιέλιξης μπορούν να συνδεθούν σε ένα αστέρι ή ένα τρίγωνο, ανάλογα με το μέγεθος της τάσης του δικτύου.

Ο ρότορας είναι ένα περιστρεφόμενο τμήμα του κινητήρα. Ο μαγνητικός πυρήνας του ρότορα είναι ένας κύλινδρος κατασκευασμένος από κομμένα φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα (Σχήμα 1, β. C). Στις υποδοχές του δρομέα τοποθετείται τύλιγμα, ανάλογα με τον τύπο του τυλίγματος, οι ρότορες των ασύγχρονων κινητήρων χωρίζονται σε βραχυκύκλωμα και φάση (με δακτυλίδια ολίσθησης). Μία βραχυκυκλωμένη περιέλιξη είναι μία μη μονωμένη ράβδος χαλκού ή αλουμινίου (Σχήμα 1, d) συνδεδεμένη με τα άκρα των δακτυλίων του ίδιου υλικού ("κλωβός σκίουρου").

Στο ρότορα φάσης (βλέπε σχήμα 1, γ) στις εγκοπές του μαγνητικού κυκλώματος υπάρχει τριφασική περιέλιξη, οι φάσεις της οποίας συνδέονται με ένα αστέρι. Τα ελεύθερα άκρα των φάσεων της περιέλιξης συνδέονται με τρεις δακτυλίους ολίσθησης χαλκού τοποθετημένους πάνω στον άξονα του κινητήρα. Οι δακτύλιοι ολίσθησης είναι μονωμένοι ο ένας από τον άλλο και από τον άξονα. Στους δακτυλίους πιεσμένες βούρτσες άνθρακα ή χαλκού-γραφίτη. Μέσω των δακτυλίων επαφής και των βουρτσών στην περιέλιξη του ρότορα, μπορείτε να ενεργοποιήσετε ένα τριφασικό ρεοστάτη εκκίνησης και ρύθμισης.

Η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια σε έναν ασύγχρονο κινητήρα πραγματοποιείται μέσω ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο είναι μια σταθερή ροή, που περιστρέφεται στο διάστημα με μια σταθερή γωνιακή ταχύτητα.

Οι απαραίτητες συνθήκες για τη διέγερση ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου είναι:

- χωρική μετατόπιση των αξόνων των πηνίων στάτορα,

- χρονική μετατόπιση των ρευμάτων στα πηνία στάτορα.

Η πρώτη απαίτηση ικανοποιείται από την κατάλληλη θέση των μαγνητικών πηνίων στον μαγνητικό πυρήνα του στάτη. Ο άξονας φάσης της περιέλιξης μετατοπίζεται στο διάστημα κατά γωνία 120º. Η δεύτερη προϋπόθεση εξασφαλίζεται από την τροφοδοσία σε πηνίο στάτορα ενός τριφασικού συστήματος τάσης.

Όταν ο κινητήρας είναι ενεργοποιημένος σε ένα τριφασικό δίκτυο, ένα σύστημα ρευμάτων της ίδιας συχνότητας και πλάτους καθορίζεται στην περιέλιξη στάτορα, οι περιοδικές μεταβολές των οποίων σε σχέση με το άλλο γίνονται με καθυστέρηση 1/3 της περιόδου.

Τα ρεύματα των φάσεων της περιέλιξης δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο που περιστρέφεται σε σχέση με τον στάτορα με συχνότητα n1. στροφές ανά λεπτό, η οποία ονομάζεται σύγχρονη ταχύτητα κινητήρα:

όπου f1 - συχνότητα δικτύου, Hz,

p είναι ο αριθμός ζευγών πόλων του μαγνητικού πεδίου.

Με την τρέχουσα συχνότητα συχνότητας Hz, η συχνότητα περιστροφής πεδίου σύμφωνα με τον τύπο (1) και ανάλογα με τον αριθμό ζευγών πόλων έχει τις ακόλουθες τιμές:

Περιστρέφοντας, το πεδίο διασχίζει τους αγωγούς περιέλιξης του δρομέα, προκαλώντας ένα emf μέσα τους. Όταν η περιέλιξη του ρότορα είναι κλειστή, το EMF προκαλεί ρεύματα, όταν αλληλεπιδρά με ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται μια περιστρεφόμενη ηλεκτρομαγνητική ροπή. Η συχνότητα περιστροφής του δρομέα στη λειτουργία κινητήρα του ασύγχρονου μηχανήματος είναι πάντοτε μικρότερη από τη συχνότητα περιστροφής του πεδίου, δηλ. ο δρομέας παραμένει πίσω από το περιστρεφόμενο πεδίο. Μόνο κάτω από αυτές τις συνθήκες είναι η EMF που προκαλείται στους αγωγούς του δρομέα, δημιουργείται ρεύμα και δημιουργείται ροπή. Το φαινόμενο της καθυστέρησης του ρότορα από το μαγνητικό πεδίο ονομάζεται ολίσθηση. Ο βαθμός καθυστέρησης του ρότορα από το μαγνητικό πεδίο χαρακτηρίζεται από το μέγεθος της σχετικής ολίσθησης

όπου n2 - ταχύτητα δρομέα, rpm

Για τους ασύγχρονους κινητήρες, η ολίσθηση μπορεί να κυμαίνεται από 1 (έναρξη) έως μια τιμή κοντά στο 0 (σε αδράνεια).

185.154.22.117 © studopedia.ru δεν είναι ο συντάκτης του υλικού που δημοσιεύτηκε. Παρέχει όμως τη δυνατότητα δωρεάν χρήσης. Υπάρχει παραβίαση πνευματικών δικαιωμάτων; Γράψτε μας.

Συσκευή κινητήρων AC

Οι ηλεκτροκινητήρες είναι ηλεκτρικά μηχανήματα που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Η γενική ταξινόμηση τους χωρίζει τον τύπο ρεύματος τροφοδοσίας σε ηλεκτροκινητήρες DC και AC. Το παρακάτω άρθρο ασχολείται με τους ηλεκτροκινητήρες με προδιαγραφές εναλλασσόμενου ρεύματος, τους τύπους, τα χαρακτηριστικά τους και τα πλεονεκτήματα.

Για γενικές πληροφορίες, συνιστούμε να διαβάσετε το ξεχωριστό άρθρο σχετικά με τις αρχές λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων.

Βιομηχανικός κινητήρας AC

Αρχή μετατροπής ενέργειας

Μεταξύ των ηλεκτρικών κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε όλες τις βιομηχανίες και τις οικιακές συσκευές, οι συνηθέστεροι είναι οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Βρίσκονται σε σχεδόν κάθε σφαίρα της ζωής, από παιδικά παιχνίδια και πλυντήρια ρούχων μέχρι αυτοκίνητα και ισχυρά μηχανήματα παραγωγής.

Η αρχή λειτουργίας όλων των ηλεκτροκινητήρων βασίζεται στον νόμο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής Faraday και στον νόμο Ampere. Το πρώτο από αυτά περιγράφει την κατάσταση όταν μια ηλεκτροκινητική δύναμη παράγεται σε έναν κλειστό αγωγό που βρίσκεται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Στους κινητήρες, αυτό το πεδίο δημιουργείται μέσω των περιελίξεων στάτορα μέσω των οποίων ρέει εναλλασσόμενο ρεύμα. Μέσα στον στάτορα (που αντιπροσωπεύει το σώμα της συσκευής) είναι ένα κινητό στοιχείο του κινητήρα - ο ρότορας. Σε αυτό, και υπάρχει ένα ρεύμα.

Η περιστροφή του ρότορα εξηγείται από τον νόμο Ampere, ο οποίος δηλώνει ότι τα ηλεκτρικά φορτία που ρέουν μέσω ενός αγωγού μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο επηρεάζονται από μια δύναμη που τους μετακινεί σε ένα επίπεδο κάθετο στις γραμμές δύναμης αυτού του πεδίου. Με απλά λόγια, ο αγωγός, ο οποίος στο σχεδιασμό του κινητήρα είναι ο ρότορας, αρχίζει να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του και στερεώνεται στον άξονα, στον οποίο συνδέονται οι μηχανισμοί εργασίας του εξοπλισμού.

Τύποι κινητήρων και τη συσκευή τους

Οι ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος έχουν διαφορετική συσκευή, χάρη στην οποία είναι δυνατή η δημιουργία μηχανών με την ίδια ταχύτητα του δρομέα σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα και μηχανήματα όπου ο ρότορας υστερεί πίσω από το περιστρεφόμενο πεδίο. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, αυτοί οι κινητήρες χωρίζονται στους κατάλληλους τύπους: σύγχρονοι και ασύγχρονοι.

Ασύγχρονη

Η βάση του σχεδιασμού ενός ασύγχρονου κινητήρα είναι ένα ζεύγος από τα πιο σημαντικά λειτουργικά μέρη:

  1. Ο στάτορας είναι ένα μπλοκ κυλινδρικού σχήματος, κατασκευασμένο από χαλύβδινα φύλλα με αυλακώσεις για την τοποθέτηση αγώγιμων περιελίξεων, οι άξονες των οποίων είναι διατεταγμένοι υπό γωνία 120 άλλης σε σχέση μεταξύ τους. Οι πόλοι των περιελίξεων κινούνται στο κουτί ακροδεκτών, όπου συνδέονται με διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με τις απαιτούμενες παραμέτρους του κινητήρα.
  2. Rotor. Στο σχεδιασμό ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων χρησιμοποιούνται δύο ρότορες:
    • Βραχυκύκλωμα. Ονομάζεται έτσι επειδή αποτελείται από πολλές αλουμινένιες ή χάλκινες ράβδους, που βραχυκυκλώνονται με ακραία δαχτυλίδια. Ο σχεδιασμός αυτός, που είναι η τρέχουσα περιέλιξη του ρότορα, ονομάζεται "κλουβί σκίουρου" στην ηλεκτρική μηχανική.
    • Φάση. Στους ρότορες αυτού του τύπου εγκαθίσταται τριφασική περιέλιξη, παρόμοια με την περιέλιξη στάτορα. Τις περισσότερες φορές τα άκρα των αγωγών της πηγαίνουν στην περιοχή του τερματικού, όπου συνδέονται με ένα "αστέρι" και τα ελεύθερα άκρα συνδέονται με δακτυλίους επαφής. Ο στροφέας φάσης σας επιτρέπει να προσθέσετε επιπλέον αντίσταση στο κύκλωμα περιέλιξης με τη βοήθεια βούρτσας, επιτρέποντάς σας να αλλάξετε την αντίσταση για να μειώσετε τα ρεύματα εκκίνησης.

Εκτός από τα περιγραφόμενα βασικά στοιχεία του ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα, ο σχεδιασμός του περιλαμβάνει επίσης έναν ανεμιστήρα για την ψύξη των περιελίξεων, ένα κουτί ακροδεκτών και έναν άξονα που μεταδίδει την παραγόμενη περιστροφή στους μηχανισμούς εργασίας του εξοπλισμού, ο οποίος παρέχεται από αυτόν τον κινητήρα.

Η λειτουργία των ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων βασίζεται στον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, ο οποίος ισχυρίζεται ότι μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη μπορεί να προκύψει μόνο υπό τις συνθήκες μιας διαφοράς στις ταχύτητες περιστροφής του δρομέα και του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Επομένως, εάν οι ταχύτητες αυτές ήταν ίσες, το emf δεν θα εμφανιζόταν, αλλά ο αντίκτυπος στον άξονα τέτοιων "ανασταλτικών" παραγόντων όπως το φορτίο και η τριβή των εδράνων δημιουργούν πάντοτε επαρκείς συνθήκες λειτουργίας.

Σύγχρονη

Ο σχεδιασμός σύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος είναι κάπως διαφορετικός από τη συσκευή των ασύγχρονων αναλόγων. Στις μηχανές αυτές, ο ρότορας περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Ο ρότορας ή η άγκυρα αυτών των συσκευών είναι επίσης εξοπλισμένος με περιελίξεις που είναι συνδεδεμένες στο ένα άκρο μεταξύ τους και στον περιστρεφόμενο συλλέκτη σε άλλους. Τα πέλματα επαφής στον συλλέκτη τοποθετούνται έτσι ώστε σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο να είναι δυνατή η παροχή ενέργειας μέσω βουρτσών γραφίτη σε δύο μόνο αντίθετες επαφές.

Η αρχή λειτουργίας σύγχρονων κινητήρων:

  1. Η αλληλεπίδραση της μαγνητικής ροής στην περιέλιξη του στάτη με το ρεύμα του ρότορα εμφανίζει ροπή στρέψης.
  2. Η κατεύθυνση της μαγνητικής ροής αλλάζει ταυτόχρονα με την κατεύθυνση του εναλλασσόμενου ρεύματος, διατηρώντας έτσι την περιστροφή του άξονα εξόδου προς μία κατεύθυνση.
  3. Η ρύθμιση της επιθυμητής ταχύτητας ρυθμίζεται ρυθμίζοντας την τάση εισόδου. Τις περισσότερες φορές, στον εξοπλισμό υψηλής ταχύτητας, για παράδειγμα, διατρητήρες και ηλεκτρικές σκούπες, η λειτουργία αυτή εκτελείται από ένα ρεοστάτη.

Οι συνηθέστερες αιτίες βλάβης των σύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων είναι:

  • φθορά βούρτσας γραφίτη ή εξασθένηση του ελατηρίου πίεσης.
  • φθορά των εδράνων άξονα ·
  • συλλογή από ρύπανση (καθαρισμένη με γυαλόχαρτο ή αλκοόλ).

Τριφασικός εναλλάκτης

Ιστορικό της εφεύρεσης

Η εφεύρεση του απλούστερου τρόπου μετατροπής της ενέργειας από ηλεκτρικό σε μηχανικό ανήκει στον Michael Faraday. Το 1821, αυτός ο σπουδαίος αγγλικός επιστήμονας πραγματοποίησε ένα πείραμα με έναν αγωγό βυθισμένο σε ένα δοχείο με υδράργυρο, στο κάτω μέρος του οποίου βρισκόταν ένας μόνιμος μαγνήτης. Μετά την εφαρμογή ηλεκτρικής ενέργειας στον αγωγό, άρχισε να κινείται, περιστρέφοντας σύμφωνα με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Σήμερα, αυτή η εμπειρία πραγματοποιείται συχνά στα μαθήματα φυσικής, αντικαθιστώντας τον υδράργυρο με άλμη.

Περαιτέρω μελέτη του θέματος οδήγησε στη δημιουργία του Peter Barlow το 1824 ενός μονοπολικού κινητήρα, που ονομάζεται Barlow Wheel. Ο σχεδιασμός του περιλαμβάνει δύο γρανάζια από χαλκό, που βρίσκονται στον ίδιο άξονα μεταξύ των μόνιμων μαγνητών. Μετά την εφαρμογή ρεύματος στους τροχούς, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής του με μαγνητικά πεδία, οι τροχοί αρχίζουν να περιστρέφονται. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο επιστήμονας διαπίστωσε ότι η κατεύθυνση περιστροφής μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας την πολικότητα (μετάθεση μαγνητών ή επαφών). Η πρακτική εφαρμογή του "τροχού Barlow", αλλά διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στη μελέτη της αλληλεπίδρασης μαγνητικών πεδίων και φορτισμένων αγωγών.

Το πρώτο δείγμα εργασίας της συσκευής, το οποίο έγινε ο πρόγονος των σύγχρονων κινητήρων, δημιουργήθηκε από το ρωσικό φυσικό Boris Semenovich Jacobi το 1834. Η αρχή της χρήσης ενός περιστρεφόμενου δρομέα σε ένα μαγνητικό πεδίο, που παρουσιάζεται σε αυτήν την εφεύρεση, είναι σχεδόν αμετάβλητη από σύγχρονους κινητήρες DC.

Αλλά η δημιουργία του πρώτου κινητήρα με ασύγχρονη αρχή λειτουργίας ανήκει σε δύο επιστήμονες ταυτόχρονα - ο Νίκολας Τέσλα και ο Γαλιλαίος Φερράρης, οι οποίοι, με μια τυχαία σύμπτωση, επέδειξαν τις εφευρέσεις τους σε ένα χρόνο (1888). Λίγα χρόνια αργότερα, ένας κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος διπλής φάσης χωρίς ψήκτρες που δημιουργήθηκε από τον Nikola Tesla χρησιμοποιήθηκε ήδη σε αρκετές μονάδες παραγωγής ενέργειας. Το 1889, ο ρωσικός ηλεκτρολόγος μηχανικός Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky βελτίωσε την εφεύρεση της Tesla για να εργαστεί σε ένα τριφασικό δίκτυο, χάρη στο οποίο κατάφερε να δημιουργήσει τον πρώτο ασύγχρονο κινητήρα AC με χωρητικότητα άνω των 100 Watt. Ανήκει επίσης στην εφεύρεση των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των φάσεων σε τριφασικούς ηλεκτρικούς κινητήρες: "αστέρι" και "τρίγωνο", αρχικές αντιστάσεις και τριφασικούς μετασχηματιστές.

AC που προτείνεται από την Westinghouse

Σύνδεση σε μονοφασικές και τριφασικές πηγές ενέργειας

Ανάλογα με τον τύπο του δικτύου τροφοδοσίας, οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος ταξινομούνται σε μονοφασική και τριφασική.

Η σύνδεση ασύγχρονων μονοφασικών κινητήρων το καθιστά πολύ εύκολο - για να γίνει αυτό, αρκεί η σύνδεση των φάσεων και των ουδέτερων συρμάτων ενός μονοφασικού δικτύου 220V στις δύο εξόδους του περιβλήματος. Οι σύγχρονοι κινητήρες μπορούν επίσης να τροφοδοτηθούν από αυτόν τον τύπο δικτύου, αλλά η σύνδεση είναι λίγο πιο περίπλοκη - είναι απαραίτητο να συνδέσετε τις περιελίξεις του ρότορα και τον στάτορα έτσι ώστε οι επαφές μαγνητίζοντός τους να βρίσκονται απέναντι από το άλλο.

Η σύνδεση σε ένα τριφασικό δίκτυο είναι λίγο πιο περίπλοκη. Καταρχήν, πρέπει να σημειωθεί ότι το τερματικό κουτί περιέχει 6 τερματικά - ένα ζεύγος για κάθε μία από τις τρεις περιελίξεις. Δεύτερον, καθιστά δυνατή τη χρήση μιας από τις δύο μεθόδους σύνδεσης ("αστέρι" και "τρίγωνο"). Η εσφαλμένη σύνδεση μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη του κινητήρα λόγω τήξης των περιελίξεων στάτορα.

Η κύρια λειτουργική διαφορά μεταξύ του "αστεριού" και του "τριγώνου" είναι η διαφορετική κατανάλωση ενέργειας, η οποία γίνεται για να μετατραπεί το μηχάνημα σε δίκτυα τριών φάσεων με διαφορετικές τάσεις γραμμής - 380V ή 660V. Στην πρώτη περίπτωση, οι περιελίξεις θα πρέπει να συνδεθούν σύμφωνα με το σχήμα "τρίγωνο", και στη δεύτερη - το "αστέρι". Ένας τέτοιος κανόνας συμπερίληψης επιτρέπει και στις δύο περιπτώσεις να έχει τάση 380V στις περιελίξεις κάθε φάσης.

Στον πίνακα σύνδεσης, οι πείροι περιέλιξης τοποθετούνται έτσι ώστε οι διακόπτες που χρησιμοποιούνται για την ενεργοποίηση να μην διασχίζουν ο ένας τον άλλον. Εάν το κιβώτιο ακροδεκτών του κινητήρα περιέχει μόνο τρεις συνδετήρες, τότε είναι σχεδιασμένο να λειτουργεί από μία μόνο τάση, η οποία καθορίζεται στην τεχνική τεκμηρίωση και οι περιελίξεις αλληλοσυνδέονται μέσα στη συσκευή.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ηλεκτρικών κινητήρων AC

Σήμερα, μεταξύ όλων των ηλεκτρικών κινητήρων, οι συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος καταλαμβάνουν ηγετική θέση όσον αφορά τη χρήση σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Έχουν χαμηλό κόστος, εύκολο να διατηρήσει το σχεδιασμό και την αποτελεσματικότητα τουλάχιστον 90%. Επιπλέον, η συσκευή τους σας επιτρέπει να αλλάζετε ομαλά την ταχύτητα περιστροφής χωρίς να καταφεύγετε σε πρόσθετο εξοπλισμό, όπως κιβώτια ταχυτήτων.

Το κύριο μειονέκτημα των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος με ασύγχρονη αρχή λειτουργίας είναι το γεγονός ότι είναι δυνατή η ρύθμιση της ταχύτητας του άξονα τους μόνο με την αλλαγή της συχνότητας εισόδου του ρεύματος. Δεν είναι δυνατή η επίτευξη μίας σταθερής ταχύτητας περιστροφής και επίσης μειώνεται η ισχύς. Οι ασύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες χαρακτηρίζονται από υψηλά ρεύματα εκκίνησης, αλλά χαμηλή ροπή εκκίνησης. Για να διορθωθούν αυτές οι αδυναμίες, χρησιμοποιείται ένας κινητήρας συχνότητας, αλλά η τιμή του είναι αντίθετη με ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτών των κινητήρων - χαμηλού κόστους.

Το αδύναμο σημείο του σύγχρονου κινητήρα είναι η σύνθετη δομή του. Οι βούρτσες γραφίτη αποτυγχάνουν γρήγορα υπό φορτίο και επίσης χάνουν στενή επαφή με τον συλλέκτη λόγω της εξασθένησης του ελατηρίου πίεσης. Επιπλέον, αυτοί οι κινητήρες, καθώς και τα ασύγχρονα αντίστοιχα, δεν προστατεύονται από τη φθορά των εδράνων άξονα. Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν επίσης μια πιο σύνθετη εκκίνηση, την ανάγκη για μια σταθερή πηγή ρεύματος και μόνο την προσαρμογή της συχνότητας της ταχύτητας.

Εφαρμογή

Σήμερα, οι ηλεκτροκινητήρες με προδιαγραφές εναλλασσόμενου ρεύματος είναι συνήθεις σε όλους τους τομείς της βιομηχανίας και των μέσων διαβίωσης. Στα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, εγκαθίστανται ως γεννήτριες, που χρησιμοποιούνται στον εξοπλισμό παραγωγής, στην αυτοκινητοβιομηχανία και ακόμη και στις οικιακές συσκευές. Σήμερα, σε κάθε σπίτι μπορείτε να βρείτε τουλάχιστον μία συσκευή με ηλεκτρικό μοτέρ εναλλασσόμενου ρεύματος, για παράδειγμα, πλυντήριο ρούχων. Οι λόγοι για μια τέτοια μεγάλη δημοτικότητα είναι η ευελιξία, η ανθεκτικότητα και η ευκολία συντήρησης.

Μεταξύ των ασύγχρονων ηλεκτρικών μηχανών, οι συσκευές με τριφασική προδιαγραφή είναι συνηθέστερες. Είναι η καλύτερη επιλογή για χρήση σε πολλές μονάδες ισχύος, γεννήτριες και εγκαταστάσεις υψηλής ισχύος, των οποίων η εργασία συνδέεται με την ανάγκη ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής του άξονα.