Funktionsprincipen och enheten för elmotorn

Varje elmotor är utformad för att utföra mekaniskt arbete på grund av förbrukningen av elektricitet som appliceras på den, som vanligtvis omvandlas till roterande rörelse. Även om det inom tekniken finns modeller som omedelbart skapar en translationell rörelse av arbetskroppen. Dessa kallas linjärmotorer.

I industriella installationer driver elmotorer olika metallskärningsmaskiner och mekaniska anordningar som är involverade i den tekniska produktionsprocessen.

Inuti hushållsapparater driver elmotorer tvättmaskiner, dammsugare, datorer, hårtorkar, barnleksaker, klockor och många andra enheter.

Grundläggande fysiska processer och handlingsprincip

När man flyttar in magnetiskt fält elektriska laddningar, som kallas elektriska strömmar, har alltid en mekanisk kraft som tenderar att avböja sin riktning i ett plan vinkelrätt mot orienteringen av magnetfältslinjerna.När en elektrisk ström passerar genom en metalltråd eller en spole gjord av den, tenderar denna kraft att flytta/rotera varje strömförande tråd och hela spolen som helhet.

Bilden nedan visar en metallram med ström som flyter genom den. Ett magnetfält som appliceras på det skapar en kraft F för varje gren av ramen, vilket skapar en rotationsrörelse.

Denna egenskap av växelverkan mellan elektrisk och magnetisk energi, baserad på skapandet av en elektromotorisk kraft i en sluten ledande slinga, sätts i drift på varje elektrisk motor. Dess design inkluderar:

• en spole genom vilken en elektrisk ström flyter. Den är placerad på en speciell ankarkärna och fixerad i roterande lager för att minska motståndet mot friktionskrafter. Denna design kallas en rotor;

• stator, som skapar ett magnetfält, som med sina kraftlinjer penetrerar elektriska laddningar som passerar längs rotorlindningens varv;

• hölje för placering av stator. Inuti kroppen är speciella säten gjorda, inuti vilka de yttre burarna på rotorlagren är monterade.

Den förenklade designen av den enklaste elmotorn kan representeras av en bild av följande form.

När rotorn roterar genereras ett vridmoment, vars effekt beror på enhetens allmänna utformning, mängden applicerad elektrisk energi och dess förluster under omvandlingar.

Storleken på motorns maximalt möjliga vridmoment är alltid mindre än den elektriska energi som appliceras på den. Det kännetecknas av effektivitetsvärdet.

Typer av elmotorer

Beroende på vilken typ av ström som flyter genom spolarna är de uppdelade i DC- eller AC-motorer.Var och en av dessa två grupper har ett stort antal modifieringar med olika tekniska processer.

DC-motorer

De har ett statormagnetfält skapat av en stationär fixerad permanentmagneter eller speciella elektromagneter med excitationsspolar. Ankarspolen är stadigt monterad i axeln som är fixerad i lager och kan rotera fritt runt sin egen axel.

Den grundläggande strukturen för en sådan motor visas i figuren.

På ankarets kärna, gjord av ferromagnetiska material, finns en spole bestående av två seriekopplade delar, som är anslutna till de ledande kollektorplattorna i ena änden och förbundna med varandra i den andra. Två grafitborstar är placerade vid diametralt motsatta ändar av ankaret och pressas mot kollektorplattornas kontaktdynor.

En positiv DC-källpotential appliceras på den undre mönsterborsten och en negativ potential på den övre. Riktningen för strömmen som flyter genom spolen visas med en streckad röd pil.

Strömmen gör att magnetfältet har en nordpol längst ned till vänster om ankaret och en sydpol i det övre högra hörnet av ankaret (kardanregel). Detta resulterar i avstötning av rotorpolerna från de stationära med samma namn och attraktion till statorns motsatta poler. Som ett resultat av den applicerade kraften uppstår en rotationsrörelse, vars riktning indikeras av en brun pil.

Med ytterligare rotation av ankaret genom tröghet, överförs polerna till andra kollektorplattor. Strömriktningen i dem är omvänd. Rotorn fortsätter att rotera ytterligare.

Den enkla utformningen av en sådan samlaranordning leder till stora förluster av elektrisk energi.Sådana motorer fungerar i enheter med enkel design eller leksaker för barn.

De elektriska likströmsmotorerna som är involverade i produktionsprocessen har en mer komplex design:

• spolen är inte uppdelad i två, utan i flera delar;

• varje sektion av spolen är monterad på sin egen pol;

• kollektoranordningen är gjord med ett visst antal kontaktdynor beroende på antalet lindningar.

Som ett resultat skapas en jämn anslutning av varje pol genom dess kontaktplattor till borstarna och strömkällan och energiförlusterna minskas.

Enheten för ett sådant ankare visas på bilden.

I DC-motorer kan rotorns rotationsriktning vändas. För att göra detta räcker det att ändra strömmens rörelse i spolen till det motsatta genom att ändra polariteten vid källan.

AC-motorer

De skiljer sig från tidigare konstruktioner genom att den elektriska strömmen som flyter i deras spole beskrivs av sinusformad harmonisk lagmed jämna mellanrum ändrar dess riktning (tecken). För att driva dem tillförs spänning från generatorer med alternerande tecken.

Statorn för sådana motorer utförs av en magnetisk krets. Den är gjord av ferromagnetiska plattor med spår där spolens varv är placerade med en ram (spole) konfiguration.

Synkrona elmotorer

Bilden nedan visar funktionsprincipen för en enfas AC-motor med synkron rotation av rotorns och statorns elektromagnetiska fält.

I spåren i statorns magnetiska krets vid diametralt motsatta ändar placeras lindningstrådar, schematiskt visade i form av en ram genom vilken en växelström flyter.

Låt oss betrakta fallet med det ögonblick i tiden som motsvarar passagen av den positiva delen av dess halvvåg.

I lagercellerna roterar en rötor med en inbyggd permanentmagnet fritt, där den norra «N-mynningen» och den södra «S-mynningen» av polen är tydligt definierade. När en positiv halvvåg av ström flyter genom statorlindningen skapas ett magnetfält med polerna «S st» och «N st» i den.

Interaktionskrafter uppstår mellan rotorns och statorns magnetfält (med polerna frånstötande och till skillnad från polerna attraherande) som tenderar att vrida motorankaret från vilken position som helst till det extrema när de motsatta polerna är placerade så nära varandra som möjligt annan.

Om vi ​​betraktar samma fall, men för ögonblicket i tiden när motsatsen - en negativ halvvåg av ström passerar genom ramtråden, kommer ankarets rotation att ske i motsatt riktning.

För att säkerställa kontinuerlig rörelse av rotorn i statorn görs inte en lindningsram, utan ett visst antal av dem, givet att var och en av dem drivs av en separat strömkälla.

Arbetsprincipen för en trefas AC-motor med synkron rotation, de elektromagnetiska fälten hos rotorn och statorn visas i följande bild.

I denna design är tre spolar A, B och C monterade inuti statorns magnetkrets, förskjutna med vinklar på 120 grader i förhållande till varandra. Spole A är märkt gul, B är grön och C är röd. Varje spole är gjord med samma ramar som i föregående fall.

På bilden flyter i alla fall strömmen genom endast en spole i riktning framåt eller bakåt, vilket indikeras av tecknen «+» och «-«.

När den positiva halvvågen passerar genom fas A i framåtriktningen intar rotorfältets axel ett horisontellt läge, eftersom statorns magnetiska poler bildas i detta plan och attraherar det rörliga ankaret. De motsatta polerna på rotorn tenderar att närma sig statorns poler.

När den positiva halvvågen går in i fas C kommer ankaret att rotera 60 grader medurs. När väl ström tillförs fas B kommer en liknande ankarrotation att inträffa. Varje efterföljande strömflöde i nästa fas av nästa lindning kommer att vrida rotorn.

Om en trefas nätspänning förskjuten med en vinkel på 120 grader appliceras på varje lindning, kommer växelströmmar att cirkulera i dem, vilket kommer att rotera ankaret och skapa dess synkrona rotation med det applicerade elektromagnetiska fältet.

Samma mekaniska design används framgångsrikt i en trefasstegmotor... Endast i varje lindning genom styrning speciell styrenhet (stegmotordrivrutin) Konstanta pulser appliceras och tas bort enligt algoritmen som beskrivs ovan.

Deras uppstart startar en rotationsrörelse, och deras avslutning vid en viss tidpunkt ger en uppmätt rotation av axeln och ett stopp i en programmerad vinkel för att utföra vissa tekniska operationer.

I båda de beskrivna trefassystemen är det möjligt att ändra ankarets rotationsriktning. För att göra detta behöver du bara ändra sekvensen av faserna «A» — «B» — «C» till en annan, till exempel «A» — «C» — «B».

Rotorns hastighet regleras av längden på perioden T. Dess minskning leder till en acceleration av rotationen.Storleken på strömmens amplitud i fasen beror på lindningens inre motstånd och värdet på spänningen som appliceras på den. Den bestämmer mängden vridmoment och effekt på elmotorn.

Asynkrona motorer

Dessa motorkonstruktioner har samma statormagnetiska krets med lindningar som i de tidigare diskuterade enfas- och trefasmodellerna. De får sitt namn från den asynkrona rotationen av armaturens och statorns elektromagnetiska fält. Detta görs genom att förbättra rotorns konfiguration.

Dess kärna är gjord av räfflade elektriska stålplåtar. De är utrustade med strömledare av aluminium eller koppar, som är stängda i ändarna av ankaret med ledande ringar.

När spänning appliceras på statorlindningarna induceras en elektrisk ström i rotorlindningen av elektromotorisk kraft och ett ankarmagnetfält skapas. När dessa elektromagnetiska fält samverkar börjar motoraxeln rotera.

Med denna design är rotorns rörelse möjlig endast efter förekomsten av ett roterande elektromagnetiskt fält i statorn, och det fortsätter i ett asynkront driftläge med det.

Asynkronmotorer har enklare design, därför är de billigare och används ofta i industriella installationer och hushållsapparater.

ABB explosionssäker elmotor

Linjära motorer

Många arbetskroppar av industriella mekanismer utför fram- och återgående eller translationell rörelse i ett plan, vilket är nödvändigt för driften av metallbearbetningsmaskiner, fordon, hammarslag när man slår pålar ...

Att flytta en sådan arbetskropp med hjälp av växellådor, kulskruvar, remdrivningar och liknande mekaniska anordningar från en roterande elmotor komplicerar konstruktionen. Den moderna tekniska lösningen på detta problem är driften av en linjär elmotor.

Dess stator och rotor är långsträckta i form av remsor, snarare än lindade till ringar, som i roterande elektriska motorer.

Funktionsprincipen är att ge löparrotorn fram- och återgående linjär rörelse på grund av överföringen av elektromagnetisk energi från en stationär stator med en öppen magnetisk krets av en viss längd. Ett fungerande magnetfält skapas inuti det genom att sekventiellt slå på strömmen.

Den verkar på ankarlindningen med en kollektor. De krafter som uppstår i en sådan motor förflyttar rotorn endast i linjär riktning längs styrelementen.

Linjärmotorer är konstruerade för att fungera på antingen likström eller växelström och kan arbeta i synkront eller asynkront läge.

Nackdelarna med linjärmotorer är:

• teknikens komplexitet;

• högt pris;

• låg energieffektivitet.