Elektros variklio veikimo principas ir įtaisas

Bet koks elektros variklis yra skirtas mechaniniam darbui atlikti dėl jam pritaikytos elektros energijos suvartojimo, kuris dažniausiai paverčiamas sukamuoju judesiu. Nors technologijoje yra modelių, kurie iš karto sukuria darbinio kūno judesį. Tai vadinami tiesiniais varikliais.

Pramoniniuose įrenginiuose elektros varikliai varo įvairias metalo pjovimo stakles ir mechaninius įrenginius, dalyvaujančius technologiniame gamybos procese.

Buitinės technikos viduje elektros varikliai valdo skalbimo mašinas, dulkių siurblius, kompiuterius, plaukų džiovintuvus, vaikiškus žaislus, laikrodžius ir daugybę kitų prietaisų.

Pagrindiniai fiziniai procesai ir veikimo principas

Judant į vidų magnetinis laukas elektros krūviai, kurie vadinami elektros srovėmis, visada turi mechaninę jėgą, kuri linkusi nukreipti savo kryptį į plokštumą, statmeną magnetinio lauko linijų orientacijai.Kai elektros srovė praeina per metalinį laidą arba iš jo pagamintą ritę, ši jėga linkusi judėti / pasukti kiekvieną srovę nešantį laidą ir visą ritę.

Žemiau esančioje nuotraukoje pavaizduotas metalinis rėmas, per kurį teka srovė. Jai taikomas magnetinis laukas sukuria jėgą F kiekvienai rėmo šakai, kuri sukuria sukimosi judesį.

Ši elektrinės ir magnetinės energijos sąveikos savybė, pagrįsta elektrovaros jėgos sukūrimu uždaroje laidžiojoje kilpoje, taikoma kiekviename elektros variklyje. Jo dizainas apima:

• ritė, kuria teka elektros srovė. Jis dedamas ant specialios inkaro šerdies ir tvirtinamas sukamuosiuose guoliuose, kad sumažintų atsparumą trinties jėgoms. Ši konstrukcija vadinama rotoriumi;

• statorius, sukuriantis magnetinį lauką, kuris savo jėgos linijomis prasiskverbia į elektros krūvius, einančius išilgai rotoriaus apvijos posūkių;

• korpusas statoriaus pastatymui. Korpuso viduje pagamintos specialios sėdynės, kurių viduje sumontuoti išoriniai rotoriaus guolių narveliai.

Supaprastinta paprasčiausio elektros variklio konstrukcija gali būti pavaizduota šios formos paveikslėlyje.

Rotoriui sukant susidaro sukimo momentas, kurio galia priklauso nuo bendros įrenginio konstrukcijos, panaudotos elektros energijos kiekio ir jos nuostolių konversijų metu.

Variklio didžiausios galimos sukimo momento galios dydis visada yra mažesnis nei jam naudojama elektros energija. Jis pasižymi efektyvumo verte.

Elektros variklių tipai

Pagal ritėmis tekančios srovės tipą jie skirstomi į nuolatinės arba kintamosios srovės variklius.Kiekviena iš šių dviejų grupių turi daugybę modifikacijų naudojant skirtingus technologinius procesus.

DC varikliai

Jie turi statoriaus magnetinį lauką, kurį sukuria nejudantis fiksuotas nuolatiniai magnetai arba specialūs elektromagnetai su žadinimo ritėmis. Armatūros ritė yra tvirtai sumontuota velene, kuris yra pritvirtintas guoliuose ir gali laisvai suktis aplink savo ašį.

Pagrindinė tokio variklio struktūra parodyta paveikslėlyje.

Ant armatūros šerdies, pagamintos iš feromagnetinių medžiagų, yra ritė, susidedanti iš dviejų nuosekliai sujungtų dalių, kurios viename gale sujungtos su laidžiomis kolektoriaus plokštėmis, o kitame – viena su kita. Du grafito šepečiai yra diametraliai priešinguose armatūros galuose ir prispaudžiami prie kolektoriaus plokščių kontaktinių trinkelių.

Teigiamas nuolatinės srovės šaltinio potencialas taikomas apatiniam modelio šepečiui, o neigiamas – viršutiniam. Srovės, tekančios per ritę, kryptį rodo brūkšninė raudona rodyklė.

Dėl srovės magnetinis laukas turi šiaurinį polių apatiniame kairiajame armatūros kampe, o pietinį polių viršutiniame dešiniajame armatūros kampe (kardano taisyklė). Dėl to rotoriaus poliai atstumiami nuo stacionarių to paties pavadinimo ir pritraukiami prie priešingų statoriaus polių. Dėl taikomos jėgos atsiranda sukimosi judėjimas, kurio kryptis nurodoma ruda rodykle.

Toliau sukant armatūrą pagal inerciją, poliai perkeliami į kitas kolektoriaus plokštes. Srovės kryptis juose yra atvirkštinė. Rotorius toliau sukasi toliau.

Paprasta tokio kolektoriaus įtaiso konstrukcija lemia didelius elektros energijos nuostolius.Tokie varikliai veikia paprastos konstrukcijos įrenginiuose ar žaisluose vaikams.

Gamybos procese dalyvaujantys nuolatinės srovės elektros varikliai yra sudėtingesnės konstrukcijos:

• ritė padalinta ne į dvi, o į kelias dalis;

• kiekviena ritės dalis sumontuota ant savo stulpo;

• kolektoriaus įtaisas pagamintas su tam tikru skaičiumi kontaktinių trinkelių pagal apvijų skaičių.

Dėl to sukuriamas sklandus kiekvieno poliaus sujungimas per jo kontaktines plokštes su šepečiais ir srovės šaltiniu bei sumažėja energijos nuostoliai.

Tokio inkaro įtaisas parodytas nuotraukoje.

Nuolatinės srovės varikliuose rotoriaus sukimosi kryptis gali būti pakeista. Norėdami tai padaryti, pakanka pakeisti srovės judėjimą ritėje į priešingą, keičiant poliškumą šaltinyje.

AC varikliai

Jie skiriasi nuo ankstesnių konstrukcijų tuo, kad jų ritėje tekanti elektros srovė yra aprašyta sinusinės harmonikos dėsnisperiodiškai keičiant savo kryptį (ženklą). Norint juos maitinti, įtampa tiekiama iš generatorių su kintamaisiais ženklais.

Tokių variklių statorių atlieka magnetinė grandinė. Jis pagamintas iš feromagnetinių plokščių su grioveliais, kuriuose yra ritės posūkiai su rėmo (ritės) konfigūracija.

Sinchroniniai elektros varikliai

Žemiau esančioje nuotraukoje parodytas vienfazio kintamosios srovės variklio veikimo principas su sinchroniniu rotoriaus ir statoriaus elektromagnetinių laukų sukimu.

Statoriaus magnetinės grandinės grioveliuose diametraliai priešinguose galuose dedami apvijų laidai, schematiškai pavaizduoti rėmo pavidalu, per kurį teka kintamoji srovė.

Panagrinėkime laiko momento atvejį, atitinkantį teigiamos jo pusės bangos dalies praėjimą.

Guolių ląstelėse laisvai sukasi rotorius su įmontuotu nuolatiniu magnetu, kuriame aiškiai apibrėžta poliaus šiaurinė „N anga“ ir pietinė „S anga“. Kai per statoriaus apviją teka teigiama srovės pusės banga, joje susidaro magnetinis laukas su poliais «S st» ir «N st».

Tarp rotoriaus ir statoriaus magnetinių laukų atsiranda sąveikos jėgos (poliams atstumiant, o skirtingai nei poliams traukiant), kurios linkusios pasukti variklio armatūrą iš bet kokios padėties į kraštutinę padėtį, kai priešingi poliai yra kuo arčiau vienas kito. kitas.

Jei svarstysime tą patį atvejį, bet tuo metu, kai priešingai - per rėmo laidą praeina neigiama srovės pusės banga, tada armatūros sukimasis vyks priešinga kryptimi.

Norint užtikrinti nenutrūkstamą rotoriaus judėjimą statoriuje, daromas ne vienas apvijos rėmas, o tam tikras jų skaičius, atsižvelgiant į tai, kad kiekvienas iš jų maitinamas atskiru srovės šaltiniu.

Trifazio kintamosios srovės variklio su sinchroniniu sukimu veikimo principas, rotoriaus ir statoriaus elektromagnetiniai laukai pavaizduoti toliau esančiame paveikslėlyje.

Šioje konstrukcijoje trys ritės A, B ir C yra sumontuotos statoriaus magnetinės grandinės viduje, paslinktos 120 laipsnių kampu vienas kito atžvilgiu. Ritė A pažymėta geltonai, B – žalia, o C – raudona. Kiekviena ritė yra pagaminta iš tų pačių rėmų, kaip ir ankstesniu atveju.

Paveikslėlyje bet kuriuo atveju srovė teka tik per vieną ritę į priekį arba atgal, o tai pažymėta ženklais «+» ir «-«.

Teigiamajai pusbangiai pereinant per fazę A į priekį, rotoriaus lauko ašis įgauna horizontalią padėtį, nes šioje plokštumoje susidaro statoriaus magnetiniai poliai ir traukia judamąją armatūrą. Priešingi rotoriaus poliai linkę artėti prie statoriaus polių.

Kai teigiama pusė banga pereis į C fazę, armatūra pasisuks 60 laipsnių pagal laikrodžio rodyklę. Įjungus srovę į fazę B, įvyks panašus armatūros sukimasis. Kiekvienas paskesnis srovės srautas kitoje kitos apvijos fazėje pasuks rotorių.

Jei kiekvienai apvijai bus taikoma trifazė tinklo įtampa, paslinkta 120 laipsnių kampu, tai jose cirkuliuos kintamos srovės, kurios suks armatūrą ir sukurs jos sinchroninį sukimąsi su taikomu elektromagnetiniu lauku.

Ta pati mechaninė konstrukcija sėkmingai naudojama trifaziame žingsniniame variklyje... Tik kiekvienoje apvijoje valdant specialus valdiklis (žingsninio variklio vairuotojas) Pastovūs impulsai taikomi ir pašalinami pagal aukščiau aprašytą algoritmą.

Jų paleidimas pradeda sukimosi judesį, o jų pabaiga tam tikru momentu suteikia išmatuotą veleno sukimąsi ir sustojimą užprogramuotu kampu tam tikroms technologinėms operacijoms atlikti.

Abiejose aprašytose trifazėse sistemose galima keisti armatūros sukimosi kryptį. Norėdami tai padaryti, jums tereikia pakeisti fazių seką «A» - «B» - «C» į kitą, pavyzdžiui, «A» - «C» - «B».

Rotoriaus greitis reguliuojamas periodo T trukme. Jo sumažinimas lemia sukimosi pagreitį.Srovės amplitudės dydis fazėje priklauso nuo apvijos vidinės varžos ir jai taikomos įtampos vertės. Jis nustato elektros variklio sukimo momento ir galios dydį.

Asinchroniniai varikliai

Šios variklių konstrukcijos turi tą pačią statoriaus magnetinę grandinę su apvijomis, kaip ir anksčiau aptartuose vienfaziuose ir trifaziuose modeliuose. Jie gavo savo pavadinimą dėl asinchroninio armatūros ir statoriaus elektromagnetinių laukų sukimosi. Tai daroma tobulinant rotoriaus konfigūraciją.

Jo šerdis yra pagaminta iš elektrotechninio plieno plokščių su grioveliais. Juose sumontuoti aliuminio arba vario srovės laidininkai, kurie armatūros galuose uždaromi laidžiais žiedais.

Kai statoriaus apvijų įtampa yra įjungta, rotoriaus apvijoje elektrovaros jėga indukuojama elektros srovė ir sukuriamas armatūros magnetinis laukas. Kai šie elektromagnetiniai laukai sąveikauja, variklio velenas pradeda suktis.

Naudojant šią konstrukciją, rotoriaus judėjimas įmanomas tik tada, kai statoriuje atsiranda besisukantis elektromagnetinis laukas, ir jis toliau veikia asinchroniniu režimu.

Asinchroniniai varikliai yra paprastesnės konstrukcijos, todėl yra pigesni, plačiai naudojami pramoniniuose įrenginiuose ir buitinėje technikoje.

ABB sprogimui atsparus elektros variklis

Tiesiniai varikliai

Daugelis pramoninių mechanizmų darbinių kūnų atlieka slenkamąjį arba slenkamąjį judėjimą vienoje plokštumoje, reikalingą metalo apdirbimo staklėms, transporto priemonėms, plaktukų smūgiams kaliant polius dirbti ...

Tokio darbinio korpuso perkėlimas pavarų dėžėmis, rutuliniais varžtais, diržinėmis pavaromis ir panašiais mechaniniais įtaisais iš rotacinio elektros variklio apsunkina konstrukciją. Šiuolaikinis techninis šios problemos sprendimas yra linijinio elektros variklio veikimas.

Jo statorius ir rotorius yra pailgi juostelių pavidalu, o ne suvynioti į žiedus, kaip sukamuosiuose elektros varikliuose.

Veikimo principas yra stūmoklio rotoriui suteikti linijinį grįžtamąjį judesį dėl elektromagnetinės energijos perdavimo iš stacionaraus statoriaus su atvira tam tikro ilgio magnetine grandine. Jo viduje nuosekliai įjungiant srovę sukuriamas veikiantis magnetinis laukas.

Jis veikia armatūros apviją su kolektoriumi. Tokiame variklyje atsirandančios jėgos judina rotorių tik tiesine kryptimi išilgai kreipiamųjų elementų.

Tiesiniai varikliai yra skirti veikti nuolatine arba kintama srove ir gali veikti sinchroniniu arba asinchroniniu režimu.

Linijinių variklių trūkumai yra šie:

• technologijos sudėtingumas;

• auksta kaina;

• mažas energijos vartojimo efektyvumas.