Конструкция электродвигателя. Принцип работы.
Электродвигатель – аппарат, служащий для получения энергии электрической по средствам затрат энергии механической. Так же конструкцией предусмотрен обратный эффект.
Основные элементы – статор и ротор. Причём статор в движение не приводится, ротор – наоборот вращается. Как правило, ротор помещается внутрь статора. Более подробно можно увидеть на изображении.
Теперь стоит разобраться, как же эта конструкция работает вообще.
1.Вспомним закон Ампера. Согласно него на проводник, по которому протекает ток (I), в магнитном поле действует сила (F).
2.Если же тот самый проводник согнуть в прямоугольник и поместить в магнитное поле, то на противоположны концы полученной рамки будет действовать сила обратной направленности. Иначе говоря, рамка будет вращаться.
3.Создаётся крутящий момент, зависящий от числа витков якоря.
4.Магнитное поле создаётся как магнитом простым, так и электромагнитом, который, как правило, представляет собой провод, обмотанный вокруг сердечника. Далее по закону электромагнитной индукции ток в рамке будет индуцировать ток в обмотках, создающий поле действия магнита.
Двигатели на переменном токе.
Переменное поле создаётся статором, что подключается с источнику переменного тока. Внутри него размещён ротор, в котором возникает ток. Далее действует принцип работы идентичный тому, что указан выше.
Существует 2 категории машин на переменном токе: синхронные и асинхронные.
Разберём более детально первый вариант. Закреплённые на корпусе обмотки ротора (иногда – якоря) выведены на коллектор, при этом напряжение одновременно может подаваться лишь на одну пара. На сам же коллектор (токосъёмный обруч) подано напряжение при помощи щёток из графита.
Асинхронный же двигатель имеет немного другое строение. Прямо на статоре устройства закреплены обмотки, которые необходимы для создания переменного вращающегося магнитного поля. Концы их выведены прямо на клемник.
Комментарий эксперта:Очевидно, что при таком режиме работы двигатель сильно нагревается, поэтому его вал оборудован вентилятором.
Ротор двигателя синхронного составляет со статором единое целое и представляет собой набор стержней, закольцованных в двух сторон (беличье колесо). Замедленное вращение ротора относительно магнитного поля статора – результат потерь мощности от трения подшипников, однако, благодаря этому машина и работает. При равенстве скоростей ЭДС попросту было бы неоткуда взяться.
Двигатели на постоянном токе.
Технически устройство повторяет машину, работающую на переменном токе, за той лишь разницей, что, ток, текущий по обмоткам - постоянный. Якорь - основной элемент, напряжение на который подаётся через коллектор при помощи щёточного механизма. Конструкция якоря проста: в пазах уложена обмотка, закреплённая при помощи экопсида.
Статор – постоянный магнит, либо обмотки возбуждения, закрытый двумя крышками с подшипниками, служащими для приведения в движение якоря, кроме того, на одном из концов вала крепится вентилятор.
Обмотки якоря образуют собой коллектор, выполненный в виде кольца. При работе вала питание на обмотки якоря приходит с щёток, в следствие чего сам он начинает вращение с равномерной скоростью. Чем обмоток больше, тем вращение равномернее.
Электродвигатели по количеству фаз.
Как правило, по количеству фаз выделяют 2 основных вида: однофазные, трёхфазные.
Однофазные двигатели – маломощные машины, однако обладающие весьма обширной область применения из-за своих малых габаритов и простоты. В основном однофазные двигатели можно встретить в бытовой технике, начиная от стиральных машин, заканчивая вентиляторами.
Важно: В широкой промышленности данная разновидность применяется в роли вспомогательного оборудования ввиду малых КПД и трудностях в регулировании частоты вращения.
Трёхфазные аппараты – гораздо более мощные электрические машины, получившая широкое распространение. К примеру, более 70% электродвигателей на предприятиях – трёхфазные, что обусловлено высокой производительностью, совмещённой с простотой конструкции. Говоря проще – это минимум затрат при максимуме пользы. Кроме того, трёхфазный двигатель вполне может работать и от однофазной сети, однако, при этом произойдут некоторые потери полезной мощности.
Высоковольтные электродвигатели – отдельный вид машины.
Высоковольтные двигатели – это как синхронные, так и асинхронные машины с уровнем напряжения от 3000 до 10000 В. Применяются в тяжелой металлургии, горной промышленности, химической отрасли, автомобилестроении. Материалы для изготовления таких аппаратов применяются, зато ресурс работы сильно увеличивается.
Двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.
Аппарат с короткозамкнутым ротором отличается от стандартного тем, что токопроводящая рамка заменена на стержневую конструкцию. Ток, проходя по статорным обмоткам, создаёт поле действия магнита, по средствам чего на стержневой системе возникает ток, приводящий ротор в движение.
Двигатель с фазным ротором - аппарат, регулировка которого возможна дополнительными сопротивлениями в цепи ротора. Такие двигатели применяются при пуске под нагрузкой, поскольку увеличенное сопротивление позволяет повысить пусковой момент, а так же сбавить пусковые токи.
Типы электродвигателей по применению.
Начнём, пожалуй, с основных - общепромышленные электродвигатели. Используются они в как на крупных предприятиях (без опасности возгорания и взрывов), так и в быту, по исполнению - открытые и закрытие. Материал корпуса - алюминий и чугун. Если же условия производства опасные, то прекрасно подойдёт электродвигатель защитного исполнения, который изготовлен из материала повышенной прочности и абсолютно герметичен благодаря своему закрытому исполнению. Кроме всего прочего, существуют так называемые крановые электрические машины - мощные агрегаты, приводящие в движение крановые и мостовые конструкции. Повышенный стартовый момент наряду с низкими пусковыми токами дают наибольшую эффективность. Корпус полностью закрыт, что исключает попадание влаги и песка.
Подводя итог: на текущий момент нет никакой проблемы в подборе агрегата под любую, практически, ситуацию. Электродвигатели используются во всех сфера жизни современного человека, даже больше – наша жизнь в современном мире была бы без электродвигателей крайне затруднительна.
