Принцип работы электромагнитного двигателя: Принцип работы электродвигателя — полезная информация от специалистов ООО ПТЦ «Привод»

Содержание

принцип работы, устройство, классификация. Все про электродвигатели.

Интернет-магазин инженерного оборудования «ОВК Комплект»предлагает своим посетителям ознакомиться с принципом работы, устройством и классификацией электродвигателей, а в последствии купить электродвигатель по самой разумной цене в Украине! Эти устройства незаменимая основа для функционирования большей части техники как бытового, так и промышленного применения. Поэтому в современном обществе их область применения не имеет границ. А актуальность такой покупки может возникнуть в любое время года.

На сегодняшний день, практически в любом механическом приспособлении используется сочетание кинетической и потенциальной энергии — механическая энергия, которая является источником движущей силы, отвечающей за работу всей системы. С открытием электричества механическую энергию стало возможно преобразовывать из электрической, путем применения электромеханической машины — электродвигателя.

Принцип работы электродвигателя

Функционирует электрический двигатель из принципа электромагнитной индукции — физический процесс генерации электрического тока в замкнутом контуре при условии изменения магнитного потока, перемещающегося сквозь него. Первый электродвигатель по такому принципу был создан в 1821 году ученым из Британии Майклом Фарадеем и представлял собой не закрепленный стальной провод, который был погружен в чан с ртутью, где в середине был установлен вечный магнит. Под влиянием электрического воздействия на провод, последний образовывал вокруг себя циклическое магнитное поле, что заставляло его кружить вокруг магнита.

В дальнейшем принцип действия электродвигателя (электромагнетизма) до ума довел русский ученый Б. С. Якоби. Он первый в 1834 году смог изобрести техническое приспособление, которое было в состоянии создавать круговое вращение, что порождало собой привидение в движение механические устройства. Развивая эту идею, Якоби достиг роста мощности своего первого прототипа электродвигателя с 15 Вт до 550 Вт. В 1839 году электрический двигатель этого гения был в состоянии развить 1 лошадиную силу, что позволяло перемещать лодку с весом около тонны по реке против течения.

Устройство электродвигателя

В основе конструкции любого электродвигателя лежит наличие двух самых важных элементов — неподвижная часть “статор” (“индуктор” для двигателей постоянного напряжения) и подвижная часть “ротор” (“якорь” для машин постоянного напряжения). Под воздействием электрического тока на обмотки статора, генерируется вращающееся электромагнитное поле, под влиянием которого на обмотку ротора и вызывая тем самым ток индукции, заставляет его вращаться в определенном направлении. Этот процесс объясняется законом Ампера: на проводник под напряжением, внедренный в зону электромагнитного поля, действует электродвижущая сила (ЭДС). Электродвигатели отличаются по параметру частоты вращения ротора (якоря), который зависит от числа пар магнитных полюсов и частоты напряжения питания сети.

1. КОРПУС

2. РОТОР

3. КЛЕММНАЯ КОРОБКА

4. СТАТОР

5. ВАЛ

Типы электродвигателей

Современные виды электродвигателей имеют широкую классификацию по разным конструктивным и функциональным признакам. Прежде всего, их принято делить по принципу возникновения вращающего момента на:

Электродвигатель гистерезисный — в процессе перемагничивания ротора возникает свойство физической системы, гистерез, который собственно и создает вращающий момент. Электрооборудование данного типа очень редко находят применение в промышленной сфере.
Электромагнитный электродвигатель — самый распространенный тип, применяемый практически во всех бытовых и промышленных областях.

Данная группа в свою очередь делиться по характеру потребления питания на:

Эл двигатель постоянного тока — питается от сети с постоянным напряжением. Такой вид устройства может быть выполнен так же в разных вариантах: с отсутствием щеточно-коллекторного узла или с его наличием. В последнем предусмотрена градация по типу возбуждения на: двигатели с независимым возбуждением и самовозбуждением, которые тоже могут разнится по характеру обмотки и быть исполнены в таких формах: параллельно, последовательно, смешано.
Электрический двигатель переменного тока — питание осуществляется от сети с переменным типом напряжения.

Такой вид электромагнитных преобразователей классифицируются по принципу работы на:

Синхронный электродвигатель — суть заключается в синхронном вращении ротора с электромагнитным полем статора при одинаковой частоте. Такие приспособления отличаются особо высокой мощностью достигающей сотни киловатт и более того.
Асинхронный двигатель переменного тока — функционирует на основе того, что частота вращения электромагнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора, по типу исполнения обмотки который может быть короткозамкнутым или же фазовым. По количеству фаз электродвигатели асинхронные выступают в однофазном или трехфазном вариантах.

Принцип работы и устройство электродвигателей?

Под электродвигателем подразумевается электротехнический механизм, который используется для получения механической энергии из электричества. Такое устройство распространено во всех сферах деятельности, включая промышленность и бытовую технику. Назначением техсредства считается приведение в движение присоединенных к нему механизмов. Есть большое количество модификаций электрического двигателя, но все они работают на одних и тех же принципах и имеют обязательный набор узлов.

Общая информация

Электродвигатели получили широкое распространение из-за нескольких качеств. Среди них:

универсальность. Механизмы используются в различных сферах;

простота и надежность;

большой ресурс.

Используется несколько видов электродвигателей. По типу питания они могут быть постоянного и переменного тока. В первом случае электроэнергию двигатель получает от аккумулятора, батареи или блока. При переменном типе двигателя соединение идет напрямую к электросети.

Принцип работы может быть синхронным и асинхронным. У механизма с синхронизацией есть обмотка на роторе, на которую подается напряжение. Асинхронные модели не обладают такими элементами и отличаются сниженной вращательной скоростью из-за отсутствия статорного магнитного поля.

Сам процесс взаимодействия осуществляется на основе влияния магнитного поля на элементы двигателя и приведение их во вращение. При поступлении в электродвигатель энергии внутри возникает электромагнитная индукция, которая в виде силы передается на вращающие сегменты.

Устройство

У электродвигателя есть стандартный набор узлов. Элементы:

неподвижная часть в виде статора;

в качестве подвижной части выступает ротор, который и формирует вращательный момент;

коллектор. Он требуется для 2 функций, включая переключение тока при скользящих контактах, а также показатель роторного угла;

скользящие контакты представлены в виде щеток, который находятся вне ротора и прижаты к коллектору.

Из электродвигателя формируется механизм электропривода, необходимый для функционирования оборудования.

Любой электродвигатель нуждается в двух основных частях, в частности подвижной и неподвижной части. Статорная часть включает в себя корпус, который создается из материалов немагнитного типа, медную обмотку с проволочным сечением квадратного или круглого типа, сердечник, собираемый из пакетов пластин стали электротехнического типа. В качестве немагнитных материалов выступает чугун или алюминиевый сплав.

Роторная часть состоит из сердечника, у которого конструкция формируется из стальных листов с пазовой алюминиевой заливкой, что дает создать набор стержней. Также используются торцевые кольца, необходимые для замыкания конструкции, и электродвигательный вал, запрессовываемый в роторную часть из стали высокой прочности.

Принцип работы

Весь принцип работы основан на электромагнитной индукции, при которой осуществляется взаимодействие двух полей статора с роторными магнитными полями. Это дает привести в движение подвижную часть, что приводит к появлению вращательного момента. Именно с его помощью часть, которая относится к подвижным, приводит к появлению механической энергии, возникающей при вращении.

Такой вариант работы одинаков для всех типов электрических двигателей.

Особенности

Электродвигатели при изготовлении получают определенный набор характеристик, который заложен с помощью конструкционных особенностей и использования модификаций.

Основные показатели, определяющие возможности двигателя электрического типа:

мощность;

частота вращения в об/м;

крутящий момент, который также называется вращающим;

потребление тока;

КПД в %;

сетевое напряжение;

частота сети.

При выборе требуется учитывать не только показатели, но и тип электрического двигателя. Асинхронные и синхронные двигатели используются в разных сферах из-за своих особенностей. Первый тип также отличается тем, что может иметь многофазное функционирование.

На рынке встречается много модификаций, которые значительно отличаются от стандартного простейшего двигателя на электрической основе. В большинстве ситуаций производители пытаются повысить КПД или устранить основные недостатки механизма. Но принцип работы остается одним для всех моделей.

Электродвигатель работает на основе электромагнитной индукции, когда подвижная и неподвижная часть устройства контактируют с друг другом электромагнитными полями. Это приводит к тому, что возникает вращательный момент, то есть электрическая энергия превращается в механическую. На рынке представлено много разнообразных моделей электродвигателей, но все они работают на одинаковых принципах и имеют однотипные составные части.

Принцип работы электродвигателя

В настоящее время электродвигатели можно найти в жизни каждого, поскольку они преобразуют электрическую энергию в механическую или кинетическую энергию. Эклектичные двигатели доступны в электромобилях (EV), вентиляторах, часах, миксерах, кофемолках, стиральных машинах и многих других устройствах. Следовательно, знание принципов работы двигателя может помочь каждому более эффективно использовать моторное оборудование. В этой статье обсуждается принцип работы электродвигателя . Затем представлены различные распространенные типы электродвигателей, включая двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели и, наконец, синхронные двигатели.

Электродвигатели работают на основе магнитного поля. Магнитное поле может создаваться магнитом или обмотками вокруг магнитного сердечника. Чтобы начать теорию, объясняется магнитная сила провода с током, который подвергается воздействию магнитного поля. Магнит создает магнитное поле между полюсами N и S, как показано на рисунке 1. Линии магнитного поля выходят из полюса N и входят в полюс S. Это магнитное поле является постоянным, и в магнитном поле нет колебаний, которые могут выглядеть как постоянное магнитное поле.

Рис. 1. Магнитное поле между северным и южным полюсами магнита

Когда проводник с током входит в магнитное поле, на провод действует магнитная сила, которая заставляет провод двигаться. Величина силы зависит от некоторых параметров, которые обсуждаются в этой статье. Первым параметром, влияющим на магнитную силу, является ток, протекающий по проводу. Если ток через ток равен нулю, силы на провод не будет, а сила имеет прямую связь с током. Следовательно, можно написать следующее уравнение.

(1)

где F — магнитная сила, а I — сила тока в проводе. Еще одним параметром является длина провода, который видит магнитное поле. Зависимость между магнитной силой и длиной оголенного провода также является прямой и может быть записана как:

(2)

, где l — длина провода. Последним параметром является напряженность магнитного поля, которая имеет прямую зависимость от магнитной силы как:

(3)

Эти три параметра определяют максимальное значение магнитной силы, которое возникает, когда магнитное поле перпендикулярно проводу. Таким образом, любое отклонение от перпендикулярного положения уменьшает величину силы, прикладываемой к проволоке. Это означает, что магнитная сила на рисунке 2 не достигает своего максимального значения из-за угла между магнитным полем и током в проводнике.

Рисунок 2: Проводник с током среди магнитного поля, создаваемого магнитом

Учитывая все параметры, магнитная сила может быть рассчитана по данному уравнению.

(4)

Теперь вместо одного проводника можно рассматривать петлю между полюсами. Петля может быть любой формы, но для лучшего понимания предполагается, что петля представляет собой прямоугольник, как показано на рисунке 3. В этой ситуации каждая сторона петли несет ток и испытывает магнитную силу. Направление силы можно получить по правилу левой руки.

Рисунок 3. Близкий путь проводника в магнитном поле, создаваемом магнитом

текущее направление, и все эти пальцы перпендикулярны друг другу. Согласно уравнению 4, магнитная сила равна нулю, когда несущий ток параллелен магнитному полю. Таким образом, магнитная сила BC и AD равна нулю. В этом состоянии только AB и CD испытывают магнитную силу. Если применить правило левой руки к путям AB и CD, магнитная сила для пути AB будет направлена вверх, а для пути CD направление силы будет направлено вниз. Эти две противоположные силы вращают петлю, но она не может завершить свое вращение, потому что направление тока в петле постоянно. Это означает, что устойчивое положение петли — это когда петля перпендикулярна магнитному полю. В этом положении направленная вверх и вниз сила нейтрализует друг друга, и проволочная петля не может двигаться. Чтобы решить эту проблему, направление тока в петле должно соблюдаться в каждом полуобороте, чтобы позволить проволочной петле вращаться. Более того, инерция поможет петле продолжить свое вращение и пройти устойчивое положение.

Рис. 4. Коллектор и щетка для изменения направления тока в контуре на противоположное

Для достижения этой цели в схему необходимо добавить угольные щетки и коммутаторы. Поскольку провода батареи не могут вращаться вместе с петлей, две щетки действуют как мост для контакта петли с батареей. Кроме того, коммутаторы изменяют направление тока в петле, когда петля вращается в магнитном поле. Эти принципы относятся к двигателю постоянного тока, поскольку источник постоянного тока подключен к вращающейся части двигателя. Двигатели обычно имеют статическую часть, называемую статором, и подвижную часть, а именно ротор. Обе части состоят из магнитопровода и обмоток. В двигателе постоянного тока в статорной части используется магнит. Однако постоянное магнитное поле можно создать, обмотав провода вокруг статора и подключив клеммы к источнику постоянного напряжения. Кроме того, к коммутаторам подключено множество проволочных петель, чтобы увеличить мощность и помочь двигателю вращаться быстрее. В двигателях постоянного тока воздушный зазор между статором и ротором равномерный.

Теория двигателя переменного тока такая же. Значит, магнитное поле необходимо, и обмотки ротора вынуждены вращаться. Однако в двигателях переменного тока обмотки статора подключены к источнику переменного напряжения, и магниты не могут использоваться для статоров, поскольку магнитное поле, создаваемое магнитом, постоянно. Двигатели переменного тока подразделяются на две основные группы, включая асинхронные двигатели и синхронные двигатели, которые будут обсуждаться в следующих частях. Большинство двигателей в промышленности представляют собой трехфазные асинхронные двигатели, которые используются в вентиляторах, насосах и т. д. Однако однофазные асинхронные двигатели используются в бытовой технике, такой как холодильники, миксеры и т. д.

В асинхронных двигателях воздушный зазор неравномерный, сердечник статора ламинирован из-за потерь на вихри, на внешней поверхности прорезаны пазы. Трехфазные обмотки вставлены в пазы статора для создания магнитного поля переменного тока в воздушном зазоре. Существует два типа обмотки ротора, которые называются типами с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. В асинхронных двигателях нет токонесущих обмоток, потому что вращающееся магнитное поле переменного тока изменяется со временем, и его изменение заставляет обмотки ротора вращаться в направлении магнитного поля. Магнитное поле переменного тока, создаваемое обмотками статора, вращается в воздушном зазоре с синхронной скоростью, но скорость вращения ротора меньше скорости поля в асинхронном двигателе.

В отличие от асинхронного двигателя синхронный двигатель может вращаться с постоянной скоростью в установившемся режиме. Следовательно, синхронные двигатели можно использовать там, где важна постоянная скорость, например, электрические часы, таймеры, или многие другие в больших масштабах можно использовать в качестве насосов. Однако синхронные машины используются в качестве генератора, а не двигателя. На электростанциях есть много синхронных генераторов, но синхронные двигатели имеют ограниченное применение. Структура статора синхронного двигателя аналогична асинхронным двигателям, но по обмотке ротора протекает постоянный ток.

Электродвигатели используются во многих отраслях промышленности. Например, электропоезда работают с двигателями постоянного тока и асинхронными двигателями. Кроме того, в электромобилях используются разные типы двигателей. В прошлом для этой цели широко использовались двигатели серии постоянного тока. В наши дни бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) или синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) используются вместе с асинхронными двигателями. Двигатели даже используются в бытовой технике, такой как кофемолки, миксеры, блендеры, электрические зубные щетки и т. д. Другими распространенными областями применения являются компрессоры, корабли и лифты. В следующем разделе всесторонне представлены электродвигатели Tesla EV.

Tesla как пионер в области электромобилей использует различные типы электродвигателей для достижения более высокой эффективности и удовлетворения потребностей пользователей. Асинхронные двигатели в основном используются в электромобилях, но Tesla представляет новый двигатель для своих новых моделей. В этой статье определены принципы работы асинхронного двигателя, в котором ротор с короткозамкнутым ротором и статор подключены к источнику переменного напряжения. Поскольку основным источником энергии в электромобилях являются батареи, постоянное напряжение батареи преобразуется в переменное напряжение для питания асинхронного двигателя. Асинхронные двигатели эффективны, но от трех до четырех процентов энергии теряется в стержнях несущего винта при длительном движении на крейсерской скорости. Еще один параметр — пусковой крутящий момент, который необходимо повышать в электромобилях. Следовательно, двигатель должен быть улучшен, исходя из этой потребности. Ротор с короткозамкнутым ротором можно заменить постоянным магнитом вокруг сплошного железного цилиндра для создания постоянного магнитного поля в воздушном зазоре. Эта конструкция устраняет потери ротора в предыдущих двигателях, поскольку не требуется индуктивного тока, что повышает эффективность двигателя, и, кроме того, он имеет лучший пусковой момент по сравнению с асинхронным двигателем. Кроме того, ротор с постоянными магнитами работает как синхронный двигатель из-за постоянного магнитного поля, которое позволяет двигателю вращаться с синхронной скоростью. Однако двигатели с постоянными магнитами имеют некоторые ограничения. Они не могут работать на высокой скорости, потому что постоянный магнит создает противо-ЭДС в обмотках статора и значительно снижает его производительность. Кроме того, сильные магниты приводят к потерям магнитных вихревых токов, что увеличивает нагрев двигателя. Для повышения производительности в электромобилях могут использоваться синхронные реактивные двигатели. В этом типе двигателя внутри ротора созданы пазы. Поскольку ротор стремится к низкому магнитному сопротивлению, он сохраняет свое положение с низким магнитным сопротивлением и вращается вместе с магнитным полем. Эта конструкция приемлема для высокоскоростных приложений и не имеет обратной ЭДС. Новейший тип двигателя, который Tesla использует в своих электромобилях, представляет собой комбинацию двигателей с постоянными магнитами и реактивных двигателей, размещая их в слотах реактивных двигателей. Таким образом, двигатель может эффективно работать на любой скорости.

Электродвигатель — принцип работы, схема

Последнее обновление: 30 марта 2023 г., Teachoo

Это вращающееся устройство (устройство, которое вращается или перемещается по кругу)

Он преобразует электрическую энергию в механическую энергию

Они используются в электрических вентиляторах, холодильниках, стиральных машинах, миксерах и т. д.

вот как это выглядит

Принцип работы электродвигателя

Электродвигатель работает по принципу

когда прямоугольную катушку помещают в магнитное поле и через нее пропускают ток,

на катушку действует сила, которая непрерывно вращает ее

Конструкция электродвигателя

Электродвигатель состоит из

Прямоугольная катушка

провода ABCD

А

сильный подковообразный магнит

(или 2 разных магнита) — Если мы возьмем 2 магнита, северный полюс первого магнита обращен к южному полюсу другого магнита, как показано на рисунке. ..

катушка расположена перпендикулярно магниту

как показано на рисунке

Концы катушки соединены с

разрезные кольца

— П и В

Разрезные кольца действуют как

коммутатор

— который меняет направление тока в цепи

Внутренняя сторона разрезных колец

изолированы и прикреплены к оси

(который может свободно вращаться)

Внешние токопроводящие кромки разъемных колец жесткие два

стационарные щетки — X и Y

Эти щетки крепятся к

батарея

чтобы завершить цепь

Работа электродвигателя

Давайте посмотрим на работу электродвигателя.

Когда батарея включена, ток течет через катушку АВ от А к В,

и магнитное поле с севера на юг…

Итак, по правилу левой руки Флеминга к AB приложена направленная вниз сила.

Точно так же восходящая сила применяется к компакт-диску.

Таким образом, катушка вращается, при этом AB движется вниз, а CD вверх

Теперь катушки AB и CD меняются местами,

Так как ток течет от C к D, а магнитное поле от севера к югу

CD получит направленную вверх силу и будет двигаться вверх

Аналогично, AB будет двигаться вниз

Итак, наша катушка сделала бы половину оборота

Но, мы не хотим половинчатых оборотов,

Нам нужен полный оборот катушки.

Итак, для этого мы изменим направление тока в катушке, когда она сделает половину оборота.

Чтобы изменить направление тока, мы используем коммутатор.

Коллектор состоит из разъемных колец (двух колец с некоторым зазором между ними) и щеток, прикрепленных к цепи.

Теперь, когда катушка вращается, кольца вращаются вместе с ней.

Когда катушка становится параллельной магнитному полю,

щетки X и Y касаются зазора между кольцами

и цепь разрывается

Теперь из-за инерции кольцо продолжает двигаться. .. так что противоположный конец кольца теперь соединен с положительным концом провода.

Разрезное кольцо P соединяется с катушкой CD, а разрезное кольцо Q соединяется с катушкой AB.

Меняет направление тока в цепи.

Теперь, когда CD находится слева, а AB справа..

Ток в CD становится обратным, то есть с D на C.

Итак, сила на CD направлена вниз, а сила на AB направлена вверх

Таким образом, катушка продолжает вращаться

Это реверсирование электрического тока происходит каждые пол-оборота.

и катушка продолжает вращаться до отключения батареи

Примечание —

Если бы разрезное кольцо не использовалось, катушка вращалась бы наполовину по часовой стрелке и наполовину против часовой стрелки.

Следовательно, цель разъемного кольца состоит в том, чтобы изменить направление тока и заставить катушку вращаться в одном направлении.

Чтобы написать «Работа электродвигателя» в экзаменационной работе, отметьте —

NCERT Вопрос 11

Как коммерческие электродвигатели увеличивают производимую мощность и мощность двигателей?

Они увеличивают производимую силу и мощность двигателей на

Использование электромагнита вместо постоянного магнита

Большое количество витков проводящего провода (чем больше витков в проводе, тем больше магнитное поле)

Сердечник из мягкого железа, на котором намотана катушка

Примечание :

Сердечник из мягкого железа, на который намотана катушка вместе с витками, называется

арматура

.

Увеличивает мощность двигателя.

Примечание

: Для тебя

Экзамены,

пожалуйста, напишите принцип, работа, конструкция электродвигателя.