Tänään on mahdotonta kuvitella ihmissivilisaatiota ja korkean teknologian yhteiskuntaa ilman sähköä. Yksi tärkeimmistä sähkölaitteiden toiminnan varmistavista laitteista on moottori. Tämä kone on löytänyt laajimman jakelun: teollisuudesta (tuulettimet, murskaimet, kompressorit) kotikäyttöön (pesukoneet, porat jne.). Mutta mikä on sähkömoottorin toimintaperiaate?
Kohde
Sähkömoottorin toimintaperiaate ja sen päätavoitteet ovat teknisten prosessien suorittamiseen tarvittavan mekaanisen energian siirtäminen työelimiin. Moottori itse tuottaa sen verkosta kulutetun sähkön ansiosta. Pohjimmiltaan sähkömoottorin toimintaperiaate on muuttaa sähköenergia mekaaniseksi energiaksi. Sen yhdessä aikayksikössä tuottamaa mekaanisen energian määrää kutsutaan tehoksi.
Näkymätmoottorit
Syöttöverkon ominaisuuksista riippuen voidaan erottaa kaksi päätyyppiä moottorit: tasa- ja vaihtovirta. Yleisimmät DC-koneet ovat sarja-, itsenäis- ja sekaviritysmoottoreita. Esimerkkejä AC-moottoreista ovat synkroniset ja asynkroniset koneet. Näennäisestä monimuotoisuudesta huolimatta sähkömoottorin laite ja toimintaperiaate mihin tahansa tarkoitukseen perustuvat johtimen vuorovaikutukseen virran ja magneettikentän kanssa tai kestomagneetin (ferromagneettisen kohteen) vuorovaikutukseen magneettikentän kanssa.
Virtasilmukka – moottorin prototyyppi
Sähkömoottorin toimintaperiaatteen k altaisessa asiassa pääasiaa voidaan kutsua vääntömomentin esiintymiseksi. Tätä ilmiötä voidaan tarkastella käyttämällä esimerkkiä kehyksestä, jossa on virta ja joka koostuu kahdesta johtimesta ja magneetista. Virta syötetään johtimiin kosketinrenkaiden kautta, jotka on kiinnitetty pyörivän rungon akselille. Kuuluisan vasemman käden säännön mukaisesti runkoon vaikuttavat voimat, jotka luovat vääntömomentin akselin ympäri. Se pyörii vastapäivään tämän kokonaisvoiman vaikutuksesta. Tiedetään, että tämä pyörimismomentti on suoraan verrannollinen magneettiseen induktioon (B), virranvoimakkuuteen (I), rungon pinta-alaan (S) ja riippuu kenttälinjojen ja jälkimmäisen akselin välisestä kulmasta. Suuntaan muuttuvan hetken vaikutuksesta kehys kuitenkin värähtelee. Mitä voidaan tehdä pysyvän luomiseksiohjeita? Tässä on kaksi vaihtoehtoa:
- muuta kehyksessä olevan sähkövirran suuntaa ja johtimien paikkaa suhteessa magneetin napoihin;
- muuta itse kentän suuntaa, kun kehys pyörii samaan suuntaan.
Ensimmäistä vaihtoehtoa käytetään tasavirtamoottoreissa. Ja toinen on AC-moottorin periaate.
Virran suunnan muuttaminen suhteessa magneetiin
Jotta voit muuttaa varautuneiden hiukkasten liikesuunnan rungon johtimessa virralla, tarvitset laitteen, joka asettaisi tämän suunnan johtimien sijainnin mukaan. Tämä rakenne on toteutettu käyttämällä liukukoskettimia, jotka syöttävät virtaa silmukkaan. Kun yksi rengas korvaa kaksi, rungon pyöriessä puoli kierrosta, virran suunta kääntyy ja vääntömomentti säilyttää sen. On tärkeää huomata, että yksi rengas on koottu kahdesta puolikkaasta, jotka on eristetty toisistaan.
DC-konesuunnittelu
Yllä oleva esimerkki on tasavirtamoottorin toimintaperiaate. Todellinen kone on tietysti monimutkaisempi rakenne, jossa käytetään kymmeniä kehyksiä ankkurikäämityksen muodostamiseen. Tämän käämin johtimet on sijoitettu erityisiin uriin sylinterimäisessä ferromagneettisessa ytimessä. Käämien päät on yhdistetty eristettyihin renkaisiin, jotka muodostavat keräimen. Käämitys, kommutaattori ja ydin ovat ankkuri, joka pyörii laakereissa itse moottorin rungossa. Viritysmagneettikentän muodostavat kestomagneettien navat, jotka sijaitsevat kotelossa. Käämitys on kytketty verkkovirtaan ja se voidaan kytkeä päälle joko ankkuripiiristä riippumatta tai sarjaan. Ensimmäisessä tapauksessa sähkömoottorilla on itsenäinen heräte, toisessa - peräkkäinen. On myös sekoitettu heräterakenne, kun käytetään kahta käämiliitäntää kerralla.
Synkroninen kone
Synkronisen moottorin toimintaperiaate on pyörivän magneettikentän luominen. Sitten sinun on asetettava tähän kenttään johtimet, jotka on virtaviivaistettu vakiovirralla suunnassa. Teollisuudessa erittäin laajalle levinneen synkronisen moottorin toimintaperiaate perustuu yllä olevaan esimerkkiin silmukalla virralla. Magneetin luoma pyörivä kenttä muodostetaan verkkovirtaan kytkettyjen käämien avulla. Yleensä käytetään kolmivaiheisia käämiä, mutta yksivaiheisen vaihtovirtamoottorin toimintaperiaate ei eroa kolmivaiheisesta, paitsi ehkä itse vaiheiden lukumäärässä, mikä ei ole merkittävää suunnittelun ominaisuuksien kann alta. Käämit sijoitetaan staattorin koloihin siten, että ne ovat siirtyneet kehän ympäri. Tämä tehdään pyörivän magneettikentän luomiseksi muodostuneeseen ilmaväliin.
Synkronismi
Erittäin tärkeä kohta on sähkömoottorin synkroninen toimintayllä oleva rakenne. Kun magneettikenttä on vuorovaikutuksessa roottorin käämin virran kanssa, muodostuu itse moottorin pyörimisprosessi, joka on synkroninen staattoriin muodostuneen magneettikentän pyörimiseen nähden. Synkronismi säilyy, kunnes maksimivääntömomentti saavutetaan, mikä johtuu vastuksesta. Jos kuormitus kasvaa, kone saattaa mennä epätahdista.
Induktiomoottori
Asynkronisen sähkömoottorin toimintaperiaate on pyörivän magneettikentän ja suljetun kehyksen (ääriviivat) läsnäolo roottorissa - pyörivässä osassa. Magneettikenttä muodostetaan samalla tavalla kuin synkronisessa moottorissa - staattorin urissa olevien käämien avulla, jotka on kytketty vaihtojänniteverkkoon. Roottorin käämit koostuvat kymmenestä suljetun silmukan kehyksestä ja niillä on yleensä kaksi suoritustyyppiä: vaihe ja oikosulku. Vaihtovirtamoottorin toimintaperiaate molemmissa versioissa on sama, vain rakenne muuttuu. Oravahäkkiroottorin (tunnetaan myös nimellä oravahäkki) tapauksessa käämitys kaadetaan rakoihin sulalla alumiinilla. Vaihekäämin valmistuksessa kunkin vaiheen päät tuodaan esiin liukukosketinrenkaiden avulla, koska näin piiriin voidaan sisällyttää lisävastuksia, jotka ovat tarpeen moottorin kierrosluvun ohjaamiseksi.
Ajokone
Ajomoottorin toimintaperiaate on samanlainen kuin tasavirtamoottorin. Syöttöverkosta virta syötetään porrasmuuntajaan. Edelleenkolmivaiheinen vaihtovirta välitetään erityisille vetoasemille. On tasasuuntaaja. Se muuntaa AC:n DC:ksi. Kaavan mukaan se suoritetaan yhdellä sen napaisuudesta ajolangoille, toinen - suoraan kiskoille. On muistettava, että monet vetomekanismit toimivat taajuudella, joka poikkeaa vakiintuneesta teollisesta (50 Hz). Siksi sähkömoottoriin käytetään taajuusmuuttajaa, jonka toimintaperiaate on muuntaa taajuuksia ja ohjata tätä ominaisuutta.
Nostetussa virroittimessa jännite syötetään kammioihin, joissa käynnistysreostaatit ja kontaktorit sijaitsevat. Ohjainten avulla reostaatit liitetään vetomoottoreihin, jotka sijaitsevat telien akseleilla. Niistä virta kulkee renkaiden läpi kiskoille ja palaa sitten ajo-asemalle täydentäen näin sähköpiirin.
