Principiul funcționării motorului electric. Principiul de funcționare al motorului electric al unui curent alternativ. Fizica, gradul 9

Astăzi este imposibil să ne imaginăm o civilizație umană și o societate de înaltă tehnologie fără energie electrică. Unul dintre principalele dispozitive care asigură funcționarea aparatelor electrice este motorul. Această mașină a găsit cea mai largă distribuție: de la industrie (ventilatoare, concasoare, compresoare) la uz casnic (mașini de spălat, burghie etc.). Dar care este principiul motorului electric?

numire

Principiul motorului electric și obiectivele sale principale sunt de a transfera corpurilor de lucru energia mecanică necesară pentru realizarea proceselor tehnologice. Motorul însuși îl generează în detrimentul energiei electrice consumate din rețea. În principiu, principiul motorului electric este de a transforma energia electrică în energie mecanică. Cantitatea de energie mecanică produsă de el pentru o unitate de timp se numește putere.

Tipuri de motoare

În funcție de caracteristicile rețelei de alimentare, există două tipuri principale de motor: pe DC și AC. Cele mai frecvente mașini cu curent continuu sunt motoare cu excitație secvențială, independentă și mixtă. Exemple de motoare pe curent alternativ Mașinile sincrone și asincrone pot efectua. În ciuda diversității aparente, aparatul și principiul de funcționare a motorului de orice destinatie bazat pe interacțiunea cu conductorul de curent și câmpul magnetic sau magnet permanent (obiect feromagnetic) cu câmpul magnetic.

Un cadru cu curent - un prototip al motorului

Punctul principal al unei astfel de probleme, ca principiul motorului electric, poate fi numit apariția cuplului. Considerăm că acest fenomen poate fi un exemplu al unui cadru cu un curent, care constă din doi conductori și un magnet. La conductori, curentul este alimentat prin inele de contact care sunt fixate pe axa cadrului rotativ. În conformitate cu celebra regulă a mâinii stângi, forțele vor acționa asupra cadrului, ceea ce va crea un cuplu în jurul axei. Aceasta sub acțiunea acestei forțe totale se va roti în sens invers acelor de ceasornic. Se știe că acest cuplu este direct proporțional cu inducția magnetică (B), puterea curentă (I), suprafața cadrului (S) și depinde de unghiul dintre liniile câmpului și axa acestuia din urmă. Cu toate acestea, sub acțiunea unui moment care se schimbă în direcția sa, cadrul va efectua mișcări oscilante. Ce trebuie să faceți pentru a forma o direcție permanentă? Există două opțiuni:

• Schimbați direcția curentului electric în cadrul și poziția conductorilor în raport cu polii magnetului;
• Modificați direcția câmpului însuși, în timp ce cadrul se rotește în aceeași direcție.

Prima opțiune este utilizată pentru motoarele cu curent continuu. Și a doua este principiul de funcționare a motorului electric de curent alternativ.

Schimbarea direcției actuale față de magnet

Pentru a schimba direcția de mișcare a particulelor încărcate în conductorul unui cadru cu curent, este necesar un dispozitiv care să stabilească această direcție în funcție de configurația conductorilor. Acest design este realizat datorită utilizării contactelor glisante, care servesc la apropierea cadrului curent. Când înlocuiți un inel cu două, atunci când rama rotește o jumătate de viraj, direcția curentului este inversată și cuplul se menține. Este important să se considere că un inel este asamblat din două jumătăți, care sunt izolate unele de altele.

Proiectarea mașinii DC

Exemplul de mai sus este principiul funcționării unui motor DC. Masina reală, firește, are o construcție mai complexă, în care sunt folosite zeci de cadre care formează bobina de armătură. Conductorii acestei înfășurări sunt plasați în caneluri speciale într-un miez feromagnetic cilindric. Capetele bobinelor sunt conectate la inelele izolate care formează colectorul. Bobina, colectorul și miezul sunt ancora care se rotește în rulmenții de pe corpul motorului însuși. Câmpul magnetic de excitație este creat de poli de magneți permanenți, care sunt localizați în corp. Bobina este conectată la rețea și poate fi pornită independent de circuitul armăturii sau în serie. În primul caz, motorul va avea o excitație independentă, în al doilea - un secvențial. Există, de asemenea, un design mixt-excitație atunci când două tipuri de conexiuni de înfășurare sunt utilizate deodată.

Mașină sincronă

Principiul motorului sincron este necesitatea creării unui câmp magnetic rotativ. Apoi trebuie să puneți acest câmp raționalizat neschimbat în direcția conductorilor de curent. Principiul de funcționare al motorului electric sincron, care a devenit foarte răspândit în industrie, se bazează pe exemplul de mai sus cu un cadru actual. Câmpul rotativ creat de magnet este format dintr-un sistem de înfășurare conectat la rețea. De obicei, înfășurările trifazate sunt utilizate, cu toate acestea, principiul de funcționare motor electric monofazat AC nu va diferi de cele trei faze, cu excepția faptului că numărul de faze în sine, ceea ce nu este important dacă se iau în considerare caracteristicile de proiectare. Înfășurările sunt plasate în canelurile statorului cu o anumită deplasare de-a lungul circumferinței. Aceasta se face pentru a crea un câmp magnetic rotativ în spațiul de aer format.

sincronism

Un punct foarte important este funcționarea sincronă a motorului electric al construcției de mai sus. În interacțiunea câmpului magnetic cu curentul din înfășurarea rotorului se formează el însuși procesul de rotație a motorului, care este sincronă în raport cu rotația câmpului magnetic format de către stator. Sincronizarea va fi menținută până la atingerea momentului maxim, care este cauzat de rezistență. Dacă crește sarcina, aparatul poate ieși din sincronizare.

Motorul asincron

Principiul de funcționare motorul electric asincron constă în prezența unui câmp magnetic rotativ și a unor cadre închise (contururi) pe rotor - o parte rotativă. Câmpul magnetic este format în același mod ca și în cazul unui motor sincron - cu ajutorul bobinelor amplasate în canelurile statorului, care sunt conectate la rețeaua de tensiune AC. Înfășurările rotorului constau dintr-o duzină de cadre cu buclă închisă și au de obicei două tipuri de execuție: fază și scurtcircuitat. Principiul de funcționare a motorului AC în ambele variante este același, numai designul este schimbat. În cazul unui rotor scurtcircuit (cunoscut și sub denumirea de "cușcă de veveriță"), înfășurarea este turnată cu aluminiu topit în caneluri. În faza de producție înfășurare capete ale fiecărei faze la ieșire spre exterior prin intermediul inelelor de alunecare de contact, deoarece acest lucru va permite rezistori suplimentare în circuit, care sunt necesare pentru controlul vitezei motorului.

Masina de tractiune

Principiul motorului de tracțiune este similar cu cel al unui motor DC. Din curentul de alimentare este alimentat curentul step-up transformator. Apoi, curentul alternativ trifazat este transmis la stațiile speciale de tracțiune. Există un redresor. Convertește curentul alternativ într-unul constant. Conform schemei, aceasta este purtată de o polaritate a acesteia la firele de contact, iar cea de-a doua - direct pe șine. Trebuie amintit faptul că multe mecanisme de tracțiune funcționează la o frecvență diferită de starea de echilibru (50 Hz). Prin urmare, utilizați chastotnik pentru motorul electric, principiul căruia este convertirea frecvențelor și controlul acestei caracteristici.

Conform pantografului ridicat, tensiunea este furnizată camerelor, unde sunt amplasate reostatele de pornire și contactori. Cu ajutorul controlorilor, reostaturile sunt conectate la motoarele de tracțiune, care se află pe axele cărucioarelor. Dintre acestea, curentul trece prin autobuze pe șine, apoi revine la stația de tracțiune, închizând astfel circuitul electric.