Princip činnosti elektromotoru. Princip fungování elektromotoru střídavého proudu. Fyzika, stupeň 9

Dnes je nemožné si představit lidskou civilizaci a technologicky vyspělou společnost bez elektřiny. Jedním z hlavních zařízení, které zajišťují provoz elektrických spotřebičů, je motor. Tento stroj našel nejširší distribuci: od průmyslu (ventilátory, drtiče, kompresory) až po domácí použití (pračky, vrtačky atd.). Ale jaký je princip elektromotoru?

Jmenování

Principem elektromotoru a jeho hlavním cílem je přenést do pracovních těles mechanickou energii nezbytnou pro naplnění technologických procesů. Samotný motor generuje na úkor elektrické energie spotřebované z rozvodné sítě. Podstatou principu elektromotoru je přeměna elektrické energie na mechanickou energii. Množství mechanické energie, kterou produkuje pro jednu jednotku času, se nazývá síla.

Typy motorů

V závislosti na vlastnostech napájecí sítě existují dva hlavní typy motoru: na stejnosměrné a střídavé napětí. Nejběžnější stroje s přímým proudem jsou motory s postupným, nezávislým a smíšeným buditím. Příklady motorů střídavý proud může provádět synchronních a asynchronních strojů. Přes zjevné rozmanitosti, zařízení a principem činnosti motoru z kteréhokoliv místa na základě interakce s proudovým vodičem a magnetického pole, nebo permanentního magnetu (feromagnetického předmětu) s magnetickým polem.

Rám s proudem - prototyp motoru

Hlavním bodem v takovém problému, jako je princip elektromotoru, lze nazvat vzhled točivého momentu. Zvažte, že tento jev může být příkladem rámu s proudem, který se skládá ze dvou vodičů a magnetu. Pro vodiče je proud přiváděn prostřednictvím kontaktních kroužků, které jsou upevněny na ose otočného rámu. V souladu se slavným pravidlem levé ruky působí síly na rám, který vytvoří točivý moment kolem osy. Pod touto celkovou silou se bude otáčet proti směru hodinových ručiček. Je známo, že tento točivý moment je přímo úměrný magnetické indukci (B) proudová síla (I), oblast rámu (S) a závisí na úhlu mezi čarami pole a jeho osou. Nicméně, pod akcí momentu měnícího se ve svém směru, bude rám provádět oscilační pohyby. Co dělat, abyste vytvořili trvalý směr? Existují dvě možnosti:

• Změňte směr elektrického proudu v rámu a polohu vodičů vzhledem k pólu magnetu;
• Změňte směr samotného pole, zatímco rám se otáčí ve stejném směru.

První možnost se používá u stejnosměrných motorů. Druhým je princip fungování elektromotoru střídavého proudu.

Změna aktuálního směru vzhledem k magnetu

Pro změnu směru pohybu nabitých částic ve vodiči rámu s proudem je zapotřebí zařízení, které nastaví tento směr v závislosti na uspořádání vodičů. Tento návrh je realizován díky použití kluzných kontaktů, které slouží k přiblížení k aktuálnímu snímku. Při výměně jednoho kroužku za dva, když se rám otáčí o půl otáčky, směr proudu je obrácen a krouticí moment se udržuje. Je důležité si uvědomit, že jeden prstenec je sestaven ze dvou polovin, které jsou izolovány od sebe.

Návrh DC stroje

Výše uvedený příklad je princip činnosti stejnosměrného motoru. Skutečný stroj má přirozeně složitější konstrukci, kde se používají desítky rámců tvořících vinutí kotvy. Vodiče tohoto vinutí jsou umístěny ve speciálních drážkách ve válcovém feromagnetickém jádru. Konce vinutí jsou spojeny s izolovanými kroužky, které tvoří kolektor. Vinutem, kolektorem a jádrem je kotva, která se otáčí v ložiscích na těle samotného motoru. Magnetické pole excitace je vytvořeno póly permanentních magnetů, které se nacházejí v těle. Vinutí je připojeno k síti a může být zapnuto nezávisle na okruhu kotvy nebo v sérii. V prvním případě bude motor mít nezávislé buzení, ve druhém - sekvenční. Existuje také mix-excitace design, když dva druhy připojení vinutí jsou použity najednou.

Synchronní stroj

Principem synchronního motoru je potřeba vytvořit rotační magnetické pole. Poté je nutné, aby se toto pole zjednodušilo ve směru proudových vodičů. Princip fungování synchrónního elektromotoru, který se v průmyslu velmi rozšířil, je založen na výše uvedeném příkladu současným rámcem. Rotující pole vytvořené magnetem je tvořeno vinutím, který je připojen k síti. Obvykle se používají třífázová vinutí, ale princip fungování jednofázový elektromotor AC se nebude lišit od třífázových, s výjimkou počtu samotných fází, což není důležité při zvažování konstrukčních prvků. Vinuti jsou umístěny v drážkách statoru s určitým posunem podél obvodu. Toto se provádí tak, že vytvoří rotační magnetické pole ve vytvořené vzduchové mezeře.

Synchronicita

Velmi důležitým bodem je synchronní provoz elektromotoru výše uvedené konstrukce. Když magnetické pole interaguje s proudem ve vinutí rotoru, je vytvořen proces otáčení motoru, který bude synchronní vzhledem k otáčení magnetického pole vytvořeného na statoru. Synchronizace bude zachována až do dosažení maximálního momentu, který je způsoben odporem. Pokud dojde k nárůstu zatížení, může stroj opustit synchronizaci.

Asynchronní motor

Princip činnosti asynchronní elektromotor se skládá z přítomnosti rotujícího magnetického pole a uzavřených rámců (obrysů) na rotoru - rotující části. Magnetické pole je vytvořeno stejným způsobem jako u synchronního motoru - pomocí cívky umístěné v drážkách statoru, které jsou připojeny k síti střídavého napětí. Vinutí rotoru sestávají z tuctu uzavřených smyček a obvykle mají dva druhy provedení: fázové a zkratované. Princip fungování střídavého motoru v obou verzích je stejný, změní se pouze návrh. V případě zkratovaného rotoru (známého také jako "klec veverka") se vinutí nalije do drážky roztaveným hliníkem. Při výrobě vinutí jsou fázové konce každé fáze vyvedeny na vnější stranu pomocí kluzných kontaktních kroužků, protože to dovolí zahrnutí přídavných odporů do obvodu, které jsou nezbytné pro regulaci otáček motoru.

Trakční stroj

Princip trakčního motoru je podobný stejnosměrnému motoru. Z napájecího zdroje je napájen proud krokový transformátor. Poté se třífázový střídavý proud přenáší do speciálních trakčních rozvoden. K dispozici je usměrňovač. Převádí střídavý proud na konstantní. Podle schématu je nesena jednou ze svých polarizací na kontaktní vodiče, druhá přímo na kolejnicích. Mělo by být zapamatováno, že mnoho trakčních mechanismů pracuje s frekvencí odlišnou od ustáleného stavu (50 Hz). Proto, chastotnik pro elektromotor, jehož principem je převádět frekvence a řídit tuto charakteristiku.

Podle zvýšeného pantografu je napětí přiváděno do komor, kde jsou umístěny spouštěcí reostaty a stykače. S pomocí regulátorů jsou rheostaty propojeny s trakčními motory, které se nacházejí na nápravách vozíků. Z nich proud proudí autobusy na kolejnice a pak se vrací do trakční stanice, čímž uzavírá elektrický obvod.