Az elektromos motor működési elve és berendezése

Bármely villanymotort úgy terveztek, hogy mechanikai munkát végezzen a rá alkalmazott villamos energia fogyasztása miatt, amelyet általában forgó mozgássá alakítanak át. Bár a technológiában vannak olyan modellek, amelyek azonnal létrehozzák a munkatest transzlációs mozgását. Ezeket lineáris motoroknak nevezzük.

Az ipari létesítményekben az elektromos motorok különféle fémvágó gépeket és a technológiai gyártási folyamatban részt vevő mechanikus eszközöket hajtanak meg.

A háztartási gépek belsejében elektromos motorok mosógépeket, porszívókat, számítógépeket, hajszárítókat, gyerekjátékokat, órákat és sok más eszközt működtetnek.

Fizikai alapfolyamatok és hatáselv

Beköltözéskor mágneses mező Az elektromos töltések, amelyeket elektromos áramnak neveznek, mindig olyan mechanikai erővel bírnak, amely hajlamos az irányukat a mágneses erővonalak irányára merőleges síkban eltéríteni.Amikor egy elektromos áram áthalad egy fémhuzalon vagy az abból készült tekercsen, ez az erő minden áramvezető vezetéket és az egész tekercset megmozgat/forgat.

Az alábbi képen egy fémkeret látható, amelyen áram folyik át. A rá ható mágneses tér a keret minden ágára F erőt hoz létre, amely forgó mozgást hoz létre.

Az elektromos és mágneses energia kölcsönhatásának ez a tulajdonsága, amely egy zárt vezetőkörben elektromotoros erő létrehozásán alapul, minden villanymotoron működésbe lép. Kialakítása a következőket tartalmazza:

• tekercs, amelyen elektromos áram folyik. Egy speciális horgonymagra van helyezve, és forgócsapágyakban rögzítve csökkenti a súrlódási erőkkel szembeni ellenállást. Ezt a kialakítást rotornak nevezik;

• állórész, amely mágneses teret hoz létre, amely erővonalaival áthatol a forgórész tekercsének menetein áthaladó elektromos töltéseken;

• ház az állórész elhelyezéséhez. A karosszéria belsejében speciális ülések készülnek, amelyekbe a rotor csapágyainak külső ketrecei vannak felszerelve.

A legegyszerűbb villanymotor leegyszerűsített felépítése a következő képpel ábrázolható.

A forgórész forgásakor forgatónyomaték keletkezik, melynek teljesítménye a készülék általános kialakításától, az alkalmazott elektromos energia mennyiségétől és az átalakítások során bekövetkező veszteségétől függ.

A motor lehetséges maximális nyomatékteljesítményének nagysága mindig kisebb, mint a rá alkalmazott elektromos energia. A hatékonysági érték jellemzi.

Az elektromos motorok típusai

A tekercseken átfolyó áram típusa szerint DC vagy AC motorokra oszthatók.E két csoport mindegyike nagyszámú módosítással rendelkezik, különböző technológiai folyamatokat alkalmazva.

DC motorok

Állórész mágneses mezőjük van, amelyet egy álló fix hoz létre állandó mágnesek vagy speciális elektromágnesek gerjesztőtekerccsel. Az armatúra tekercs szilárdan a tengelybe van rögzítve, amely csapágyakban van rögzítve és szabadon foroghat a saját tengelye körül.

Egy ilyen motor alapvető felépítése az ábrán látható.

Az armatúra ferromágneses anyagokból készült magján két sorba kapcsolt részből álló tekercs található, amelyek egyik végén a vezető kollektorlemezekkel vannak összekötve, a másikon pedig egymással. Két grafitkefe található az armatúra átmérőjűen ellentétes végein, és a kollektorlemezek érintkezőfelületeihez nyomódnak.

Pozitív egyenáramú forráspotenciál van az alsó mintakefére, negatív potenciál pedig a felsőre. A tekercsen átfolyó áram irányát szaggatott piros nyíl mutatja.

Az áram hatására a mágneses mezőnek északi pólusa van az armatúra bal alsó sarkában, és déli pólusa az armatúra jobb felső részén (gimbal szabály). Ez azt eredményezi, hogy a forgórész pólusai eltolódnak az azonos nevű állóktól, és vonzódnak az állórész ellentétes pólusaihoz. A kifejtett erő hatására forgási mozgás jön létre, melynek irányát barna nyíl jelzi.

Az armatúra tehetetlenségi nyomatékkal történő további forgatásával a pólusok átkerülnek más gyűjtőlemezekre. Az áram iránya bennük megfordul. A rotor tovább forog.

Az ilyen kollektorszerkezet egyszerű kialakítása nagy elektromos energia veszteségekhez vezet.Az ilyen motorok egyszerű kialakítású eszközökben vagy gyermekek számára készült játékokban működnek.

A gyártási folyamatban részt vevő egyenáramú villanymotorok bonyolultabb felépítésűek:

• a tekercs nem két, hanem több részre oszlik;

• a tekercs minden része a saját pólusára van felszerelve;

• a kollektor készülék a tekercsek számának megfelelően meghatározott számú érintkezőbetéttel készül.

Ennek eredményeként minden pólus zökkenőmentesen csatlakozik az érintkezőlemezeken keresztül a kefékhez és az áramforráshoz, és csökken az energiaveszteség.

Az ilyen horgony eszköze a képen látható.

Egyenáramú motoroknál a forgórész forgásiránya megfordítható. Ehhez elegendő az áram mozgását a tekercsben az ellenkezőjére változtatni a polaritás megváltoztatásával a forrásnál.

AC motorok

Abban különböznek a korábbi kivitelektől, hogy a tekercsükben folyó elektromos áramot a szinuszos harmonikus törvényidőszakosan változtatva irányát (jelét). A táplálásukhoz feszültséget váltakozó előjelű generátorok biztosítanak.

Az ilyen motorok állórészét mágneses áramkör végzi. Ferromágneses lemezekből készül, hornyokkal, amelyekben a tekercs menetei kerettel (tekercs) vannak elhelyezve.

Szinkron villanymotorok

Az alábbi képen az egyfázisú váltakozó áramú motor működési elve látható a forgórész és az állórész elektromágneses mezőinek szinkron forgásával.

Az állórész mágneses áramkörének hornyaiban az átmérővel ellentétes végén tekercselő vezetékek vannak elhelyezve, vázlatosan egy keret formájában, amelyen keresztül váltakozó áram folyik.

Tekintsük az időpillanat esetét, amely megfelel a félhullám pozitív részének áthaladásának.

A csapágycellákban szabadon forog egy beépített állandó mágneses rotor, melyben jól körülhatárolható a pólus északi «É-i torkolata» és déli «D-i torkolata». Ha pozitív félhullám áramlik át az állórész tekercsén, abban «S st» és «N st» pólusú mágneses mező jön létre.

A forgórész és az állórész mágneses mezeje között kölcsönhatási erők lépnek fel (a pólusok taszítják és a pólusokkal ellentétben vonzzák), amelyek hajlamosak arra, hogy a motor armatúráját bármely helyzetből a szélsőséges helyzetbe fordítsák, amikor az ellentétes pólusok a lehető legközelebb helyezkednek el egymáshoz. egy másik.

Ha ugyanazt az esetet vesszük figyelembe, de abban a pillanatban, amikor az ellenkezője - negatív félhullám áramlik át a kerethuzalon, akkor az armatúra forgása az ellenkező irányba történik.

Az állórészben a forgórész folyamatos mozgásának biztosítása érdekében nem egy tekercskeretet készítenek, hanem bizonyos számúat, mivel mindegyik külön áramforrásról táplálkozik.

Szinkron forgású háromfázisú váltakozó áramú motor működési elve, a forgórész és az állórész elektromágneses terei a következő képen láthatók.

Ennél a kialakításnál három A, B és C tekercs van felszerelve az állórész mágneses áramkörébe, egymáshoz képest 120 fokos szögben eltolva. Az A tekercs sárga, a B a zöld, a C pedig a piros. Mindegyik tekercs ugyanazokkal a keretekkel készül, mint az előző esetben.

A képen mindenesetre csak egy tekercsen folyik az áram előre vagy hátrafelé, amit a «+» és «-« jelek jeleznek.

Amikor a pozitív félhullám előrefelé halad át az A fázison, a forgórész mező tengelye vízszintes helyzetbe kerül, mivel az állórész mágneses pólusai ebben a síkban képződnek és vonzzák a mozgatható armatúrát. A forgórész ellentétes pólusai hajlamosak megközelíteni az állórész pólusait.

Amikor a pozitív félhullám a C fázisba kerül, az armatúra 60 fokkal elfordul az óramutató járásával megegyezően. Miután áramot vezetnek a B fázisra, hasonló armatúra-forgás fog bekövetkezni. A következő tekercs következő fázisában minden következő áram forgatja a forgórészt.

Ha minden tekercsre 120 fokos szöggel eltolt háromfázisú hálózati feszültséget alkalmazunk, akkor váltakozó áramok keringenek bennük, amelyek elforgatják az armatúrát és szinkron forgását hozzák létre az alkalmazott elektromágneses térrel.

Ugyanezt a mechanikai kialakítást sikeresen alkalmazzák egy háromfázisú léptetőmotorban… Csak minden tekercsben vezérléssel speciális vezérlő (léptetőmotor meghajtó) Az állandó impulzusok alkalmazása és eltávolítása a fent leírt algoritmus szerint történik.

Indításuk forgómozgást indít el, egy adott időpontban történő befejezésük pedig a tengely mért forgását és programozott szögben történő megállítását biztosítja bizonyos technológiai műveletek elvégzéséhez.

Mindkét ismertetett háromfázisú rendszerben lehetőség van az armatúra forgásirányának megváltoztatására. Ehhez csak meg kell változtatnia az «A» — «B» — «C» fázisok sorrendjét egy másikra, például «A» — «C» — «B».

A forgórész fordulatszámát a T periódus hossza szabályozza. Ennek csökkentése a forgás felgyorsulásához vezet.A fázisban lévő áram amplitúdójának nagysága a tekercs belső ellenállásától és a rákapcsolt feszültség értékétől függ. Meghatározza az elektromos motor nyomatékát és teljesítményét.

Aszinkron motorok

Ezek a motorok ugyanazzal az állórész mágneses áramkörrel rendelkeznek tekercseléssel, mint a korábban tárgyalt egyfázisú és háromfázisú modelleknél. Nevüket az armatúra és az állórész elektromágneses mezőinek aszinkron forgásáról kapták. Ez a rotor konfigurációjának javításával történik.

Magja hornyolt elektromos acéllemezekből készül. Alumínium vagy réz áramvezetőkkel vannak felszerelve, amelyek az armatúra végein vezető gyűrűkkel vannak lezárva.

Amikor az állórész tekercseire feszültséget kapcsolunk, a forgórész tekercsében elektromotoros erő hatására elektromos áram indukálódik, és az armatúra mágneses mezője jön létre. Amikor ezek az elektromágneses mezők kölcsönhatásba lépnek, a motor tengelye forogni kezd.

Ennél a kialakításnál a forgórész mozgása csak az állórészben forgó elektromágneses tér megjelenése után lehetséges, és aszinkron üzemmódban folytatódik vele.

Az aszinkron motorok tervezése egyszerűbb, ezért olcsóbbak, és széles körben használják ipari berendezésekben és háztartási készülékekben.

ABB robbanásbiztos villanymotor

Lineáris motorok

Az ipari mechanizmusok számos munkateste egy síkban hajt végre oda-vissza vagy transzlációs mozgást, ami szükséges a fémmegmunkáló gépek, járművek működéséhez, cölöpveréskor kalapácsütésekhez ...

Egy ilyen munkatest mozgatása sebességváltókkal, golyóscsavarokkal, szíjhajtásokkal és hasonló mechanikai eszközökkel forgó villanymotorból bonyolítja a tervezést. A probléma modern műszaki megoldása a lineáris villanymotor működtetése.

Állórésze és forgórésze csíkok formájában megnyúlt, nem pedig gyűrűkre tekercselt, mint a forgó villanymotoroknál.

A működés elve az, hogy a futórotort lineárisan oda-vissza mozgatják az elektromágneses energia átvitele következtében egy meghatározott hosszúságú nyitott mágneses áramkörrel rendelkező álló állórészről. Az áram szekvenciális bekapcsolásával működő mágneses mező jön létre benne.

Kollektorral hat az armatúra tekercsére. Az ilyen motorban fellépő erők csak lineárisan mozgatják a forgórészt a vezetőelemek mentén.

A lineáris motorokat úgy tervezték, hogy egyenárammal vagy váltakozó árammal működjenek, és szinkron vagy aszinkron üzemmódban működhetnek.

A lineáris motorok hátrányai:

• a technológia összetettsége;

• magas ár;

• alacsony energiahatékonyság.