Elektrizität ist heute aus der menschlichen Zivilisation und Hightech-Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Eines der Hauptgeräte, die den Betrieb von Elektrogeräten sicherstellen, ist der Motor. Diese Maschine hat die weiteste Verbreitung gefunden: von der Industrie (Lüfter, Brecher, Kompressoren) bis zum Hausgebrauch (Waschmaschinen, Bohrmaschinen usw.). Aber was ist das Funktionsprinzip eines Elektromotors?
Ziel
Das Funktionsprinzip des Elektromotors und seine Hauptziele bestehen darin, die für die Ausführung technologischer Prozesse erforderliche mechanische Energie auf die Arbeitskörper zu übertragen. Der Motor selbst erzeugt es aufgrund des aus dem Netz verbrauchten Stroms. Das Funktionsprinzip eines Elektromotors besteht im Wesentlichen darin, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Die Menge an mechanischer Energie, die er in einer Zeiteinheit erzeugt, nennt man Leistung.
AufrufeMotoren
Abhängig von den Eigenschaften des Versorgungsnetzes können zwei Haupttypen von Motoren unterschieden werden: mit Gleichstrom und mit Wechselstrom. Die gebräuchlichsten Gleichstrommaschinen sind Motoren mit Reihen-, Fremd- und Mischerregung. Beispiele für Wechselstrommotoren sind Synchron- und Asynchronmaschinen. Trotz der offensichtlichen Vielf alt basieren die Vorrichtung und das Funktionsprinzip eines Elektromotors für jeden Zweck auf der Wechselwirkung eines Leiters mit Strom und einem Magnetfeld oder eines Permanentmagneten (ferromagnetisches Objekt) mit einem Magnetfeld.
Current Loop - ein Prototyp des Motors
Der Hauptpunkt in einer Angelegenheit wie dem Funktionsprinzip eines Elektromotors kann als das Auftreten von Drehmoment bezeichnet werden. Dieses Phänomen kann am Beispiel eines Rahmens mit einem Strom betrachtet werden, der aus zwei Leitern und einem Magneten besteht. Die Stromzufuhr zu den Leitern erfolgt über Kontaktringe, die auf der Achse des Drehrahmens befestigt sind. Gemäß der berühmten Linke-Hand-Regel wirken Kräfte auf den Rahmen, die ein Drehmoment um die Achse erzeugen. Unter der Wirkung dieser Gesamtkraft dreht es sich im Gegenuhrzeigersinn. Es ist bekannt, dass dieses Rotationsmoment direkt proportional zur magnetischen Induktion (B), Stromstärke (I), Rahmenfläche (S) ist und vom Winkel zwischen den Feldlinien und der Achse der letzteren abhängt. Unter der Einwirkung eines Moments, das sich in seiner Richtung ändert, wird der Rahmen jedoch oszillieren. Was kann getan werden, um eine dauerhafte zu schaffenRichtungen? Hier gibt es zwei Möglichkeiten:
- ändere die Richtung des elektrischen Stroms im Rahmen und die Position der Leiter relativ zu den Polen des Magneten;
- ändere die Richtung des Feldes selbst, während sich der Rahmen in die gleiche Richtung dreht.
Die erste Option wird für Gleichstrommotoren verwendet. Und das zweite ist das Prinzip des Wechselstrommotors.
Ändern der Stromrichtung relativ zum Magneten
Um die Bewegungsrichtung geladener Teilchen im Leiter des Rahmens mit Strom zu ändern, braucht man ein Gerät, das diese Richtung abhängig von der Lage der Leiter vorgibt. Realisiert wird dieser Aufbau durch die Verwendung von Schleifkontakten, die der Stromzuführung zur Schleife dienen. Wenn ein Ring zwei ersetzt, wenn sich der Rahmen um eine halbe Umdrehung dreht, wird die Richtung des Stroms umgekehrt und das Drehmoment behält sie bei. Es ist wichtig zu beachten, dass ein Ring aus zwei Hälften zusammengesetzt wird, die voneinander isoliert sind.
DC Maschinendesign
Das obige Beispiel ist das Arbeitsprinzip eines Gleichstrommotors. Die reale Maschine hat natürlich ein komplexeres Design, bei dem Dutzende von Rahmen verwendet werden, um die Ankerwicklung zu bilden. Die Leiter dieser Wicklung sind in speziellen Nuten in einem zylindrischen ferromagnetischen Kern angeordnet. Die Enden der Wicklungen sind mit isolierten Ringen verbunden, die einen Kollektor bilden. Die Wicklung, der Kommutator und der Kern sind ein Anker, der sich in Lagern auf dem Körper des Motors selbst dreht. Das anregende Magnetfeld wird durch die Pole von Permanentmagneten erzeugt, die sich im Gehäuse befinden. Die Wicklung ist mit dem Netz verbunden und kann entweder unabhängig vom Ankerkreis oder in Reihe gesch altet werden. Im ersten Fall hat der Elektromotor eine unabhängige Erregung, im zweiten - sequentiell. Es gibt auch ein Mischerregungsdesign, wenn zwei Arten von Wicklungsanschlüssen gleichzeitig verwendet werden.
Synchronmaschine
Das Funktionsprinzip eines Synchronmotors besteht darin, ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Dann müssen Sie in diesem Feld die Leiter platzieren, die mit einem konstanten Strom in der Richtung gestrafft sind. Das in der Industrie sehr weit verbreitete Funktionsprinzip eines Synchronmotors basiert auf dem obigen Beispiel mit einer Schleife mit Strom. Das vom Magneten erzeugte Drehfeld wird durch ein System von Wicklungen gebildet, die mit dem Netz verbunden sind. Normalerweise werden dreiphasige Wicklungen verwendet, das Funktionsprinzip eines einphasigen Wechselstrommotors unterscheidet sich jedoch nicht von einem dreiphasigen, außer vielleicht in der Anzahl der Phasen selbst, was bei der Betrachtung der Konstruktionsmerkmale nicht von Bedeutung ist. Die Wicklungen werden mit etwas Versatz am Umfang in die Statornuten eingelegt. Dies geschieht, um im gebildeten Luftsp alt ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen.
Synchronismus
Ein sehr wichtiger Punkt ist der Synchronlauf des Elektromotorsdie obige Konstruktion. Wenn das Magnetfeld mit dem Strom in der Rotorwicklung interagiert, wird der Prozess der Motordrehung selbst gebildet, der in Bezug auf die Drehung des auf dem Stator gebildeten Magnetfelds synchron ist. Die Synchronität wird aufrechterh alten, bis das maximale Drehmoment erreicht ist, das durch den Widerstand verursacht wird. Wenn die Last zunimmt, kann die Maschine asynchron werden.
Induktionsmotor
Das Funktionsprinzip eines asynchronen Elektromotors ist das Vorhandensein eines rotierenden Magnetfelds und geschlossener Rahmen (Konturen) auf dem Rotor - dem rotierenden Teil. Das Magnetfeld wird wie bei einem Synchronmotor gebildet - mit Hilfe von Wicklungen in den Nuten des Stators, die an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen sind. Die Rotorwicklungen bestehen aus einem Dutzend geschlossener Rahmen und haben normalerweise zwei Ausführungsarten: Phase und kurzgeschlossen. Das Funktionsprinzip des Wechselstrommotors ist in beiden Versionen gleich, nur das Design ändert sich. Bei einem Käfigläufer (auch Käfigläufer genannt) wird die Wicklung mit geschmolzenem Aluminium in die Nuten gegossen. Bei der Herstellung der Phasenwicklung werden die Enden jeder Phase mit Schleifkontaktringen herausgeführt, da dies das Einfügen zusätzlicher Widerstände in die Sch altung ermöglicht, die zur Steuerung der Motordrehzahl erforderlich sind.
Traktionsmaschine
Das Funktionsprinzip des Traktionsmotors ähnelt dem eines Gleichstrommotors. Aus dem Versorgungsnetz wird ein Aufwärtstransformator mit Strom versorgt. WeiterDreiphasen-Wechselstrom wird an spezielle Umspannwerke übertragen. Es gibt einen Gleichrichter. Es wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um. Gemäß dem Schema wird es mit einer seiner Polaritäten an den Fahrdrähten durchgeführt, die zweite - direkt an den Schienen. Es muss daran erinnert werden, dass viele Traktionsmechanismen mit einer anderen Frequenz als der etablierten Industrie (50 Hz) arbeiten. Daher wird für einen Elektromotor ein Frequenzumrichter verwendet, dessen Funktionsprinzip darin besteht, Frequenzen umzuwandeln und diese Charakteristik zu steuern.
Am angehobenen Stromabnehmer werden die Kammern mit Spannung versorgt, in denen sich die Anfahrwiderstände und Schütze befinden. Mit Hilfe von Steuerungen werden die Rheostaten mit Fahrmotoren verbunden, die sich auf den Achsen der Drehgestelle befinden. Von dort fließt der Strom durch die Reifen zu den Schienen und kehrt dann zum Umspannwerk zurück, womit der Stromkreis geschlossen wird.
