как он устроен и работает

Электрический двигатель представляет собой особый преобразователь. Это машина, где электрическая энергия преобразуется и переходит в механическую. Принцип действия двигателя основан на электромагнитной индукции. Есть к тому же и электростатические двигатели. Можно без особых дополнений использовать двигатели на других принципах преобразования электричества в перемещении. Но немногие знают, как устроен и как работает электродвигатель.

• Принцип работы устройства
• Работа трехфазного асинхронного двигателя
• Современная классификация
• Основные особенности
• Агрегаты пульсирующего тока
• Модификации переменного тока
• Универсальное коллекторное оборудование

Принцип работы устройства

В составе электродвигателя переменного тока присутствуют неподвижные и подвижные части. К первым относят:

• статор;
• индуктор.

Статор находит применение для машин синхронного и асинхронного типа

. Индуктор эксплуатируется в машинах постоянного тока. Подвижная часть состоит из ротора и якоря. Первый применяют для синхронных и асинхронных устройств, тогда как якорь используется для оборудования с постоянными показателями. Функция индуктора лежит на двигателях небольшой мощности. Здесь нередко используют постоянные магниты.

Говоря о том, как устроен электродвигатель, необходимо определить, к какому классу оборудования относится конкретная модель. В конструкции асинхронного двигателя ротор бывает:

• короткозамкнутым;
• фазным, то есть с обмоткой.

Последний тип используется, если требуется уменьшить пусковой ток и отрегулировать частоту вращения

асинхронного электродвигателя. Обычно речь идет о крановых электродвигателях, повсеместно используемых в крановых установках.

Кран обладает подвижностью и применяется в машинах постоянного тока. Это может быть генератор либо двигатель, а также универсальный двигатель, функционирующие по тому же принципу. Его используют в электроинструменте. Фактически универсальный двигатель — это тот же двигатель с постоянными показателями, в котором происходит последовательное возбуждение. Отличие касается лишь расчётов обмоток. Здесь отсутствует реактивное сопротивление. Оно бывает:

• емкостным;
• индуктивным.

Вот почему любой электроинструмент, если из него извлекается электронный блок, сможет работать и на постоянном токе. Но при этом напряжение в сети будет меньше. Принцип действия электродвигателя определяется сообразно тому, из каких компонентов он состоит и для каких целей предназначается.

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Во время включения в сеть формируется вращающееся магнитное поле. Оно отмечается в статоре и проникает через короткозамкнутую обмотку ротора. В ней переходит в индукцию. После этого, в соответствии с законом Ампера, ротор начинает вращаться. Частота перемещения этого элемента зависит от частоты питающего напряжения и количества магнитных полюсов, представленных парами.

Разность между частотой вращения ротора и магнитного поля статора выражается в виде скольжения. Двигатель именуют асинхронным, потому что частота вращения магнитного поля у него сообразна с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличия в конструкции. Ротор дополняется магнитом постоянного типа либо электромагнитом. В нём имеются элементы, такие как для запуска беличья клетка и постоянные магниты. Также их роль могут выполнять электромагниты.

В асинхронном двигателе у магнитного поля статора частота вращения совпадает с аналогичным показателем у ротора. Для включения используют асинхронные электродвигатели вспомогательного типа либо ротор с короткозамкнутой обмоткой. Асинхронные двигатели смогли найти широкое применение во всех технических областях.

Особенно это актуально в отношении трехфазных двигателей, характеризующихся простотой конструкции. Они не только доступны по цене, но и надежнее в сравнении с электрическими. Ухода они не требуют почти никакого. Название асинхронный, присвоенное им, обусловлено несинхронным вращением ротора в таком двигателе. Если отсутствует трехфазная сеть, такой двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

В составе статора асинхронного электродвигателя присутствует пакет. В нём имеются лакированные листы электротехнической стали, чья толщина составляет 0,5 мм. У них есть пазы, куда уложена обмотка. Три фазы обмотки соединены друг с другом треугольником или звездой, которые смещены на 120 градусов пространственно.

Если речь идет о роторе электродвигателя, в котором имеются контактные кольца в пазах, здесь отмечается ситуация, похожая на обмотку статора. Это актуально, если он включён звездой либо начальные концы фаз соединены тремя контактными кольцами, зафиксированными на валу. Когда двигатель запущен, можно подключить реостат на фазы обмотки для контроля частоты вращения. После успешного разбега контактные кольца коротко замыкаются, а потому обмотка ротора выполняет те же функции, что и в случае с короткозамкнутым изделием.

Современная классификация

По принципу формирования вращающего момента двигатели электрического типа делят на магнитоэлектрические и гистерезисные. Последняя группа отличается тем, что вращающий момент здесь формируется вследствие гистерезиса при чрезмерном намагничивании ротора. Такие двигатели не считаются классическими и не так распространены в промышленности. Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические модификации, которые делятся на две большие группы, согласно потребляемой энергии. Это двигатели переменного и постоянного тока. Выпускаются также универсальные модели, которые способны питаться обоими видами электрического тока.

Основные особенности

Было бы правильно называть эти устройства электрическими нефазными. Это обусловлено тем, что фазы переключаются здесь непосредственно в двигателе. За счет этого мотор питается постоянным, как и переменным типами тока, с одинаковым успехом. Эта группа делится по способу переключения фаз и присутствию обратной связи.

Они бывают вентильными и коллекторными.

Что касается типа возбуждения, коллекторные двигатели подразделяют на модели с самовозбуждением, моторы с независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов. Первый тип, в свою очередь, классифицируется на моторы с последовательным, параллельным, смешанным возбуждением.

Бесколлекторные, или вентильные изделия, работают от электричества. В них переключение фаз происходит посредством специального электроблока, носящего название инвертора. Процесс этот может оснащаться обратной связью, когда пускают в ход датчик положения ротора либо без обратной связи. Такое устройство можно фактически позиционировать, как аналог асинхронного устройства.

Агрегаты пульсирующего тока

Такой двигатель является электрическим, и питание у него осуществляется пульсирующим электротоком. Конструкционные особенности его схожи с аналогичными особенностями у устройств постоянного тока. Конструктивные отличия его от двигателя с постоянными показателями состоят в присутствии шихтованных вставок для выпрямления переменного тока. Используют его на электровозах со специальными установками. Характерной особенностью является наличие компенсационной обмотки и значительного количества пар полюсов.

Модификации переменного тока

Двигатель представляет собой устройство, питание которого происходит с переменным током. Агрегаты эти бывают асинхронными и синхронными. Различие состоит в том, что в асинхронных машинах магнитодвижущая сила статора перемещается со скоростью вращения ротора. У асинхронного оборудования всегда наблюдается разница между скоростью вращения магнитного поля и ротора.

Синхронный электродвигатель работает от переменного тока. Ротор здесь вращается сообразно движению магнитного поля питающего напряжения. Синхронные электродвигатели делятся на модификации с обмотками возбуждения, с постоянными магнитами, а также на реактивные модификации, гистерезисные, шаговые, гибридные реактивные типы устройств.

Выделяют и так называемый реактивно-гистерезисный тип. Выпускают также модели с шаговыми агрегатами. Здесь определённое положение ротора фиксируется подачей питания на определенные зоны обмотки. Переход в другое положение достигается посредством снятия напряжения с одних обмоток и перемещения его в другие области. Вентильные реактивные модели электрического типа формируют

питание обмоток посредством полупроводниковых элементов. Асинхронное устройство имеет частоту вращения ротора, отличную от частоты вращающегося магнитного поля. Она создается питающим напряжением. Такие модели получили на сегодня наибольшее распространение.

Универсальное коллекторное оборудование

Такой агрегат может работать на переменном и постоянном токе. Изготавливают его с последовательной обмоткой возбуждения при показателях мощности до 200 Вт. Статор выполняется из особой электротехнической стали. Обмотка возбуждения осуществляется при постоянном показателе напряжения полностью и частично при переменном показателе. Номинальное напряжение для переменного электротока составляют 127 и 220 В, аналогичные показатели для постоянного параметра равны 110 и 220 В. Находят применение в электроинструментах и бытовых аппаратах.

То, как работает электродвигатель, зависит от его принадлежности к тому или иному типу оборудования. Модификации переменного тока с питанием от промышленной сети 50 Гц не дают получить частоту вращения больше 3000 оборотов в минуту. Вот почему для получения значительных частот используют коллекторный мотор электрического типа. Он к тому же легче и меньше по размерам, нежели устройства с переменными показателями с аналогичной мощностью.

В их отношении используют специальные передаточные механизмы, преобразующие кинематические параметры механизма до приемлемых. При использовании преобразователей частоты и при наличии сети повышенной частоты двигатели переменного тока легче и меньше коллекторных изделий.

Ресурс асинхронных моделей с переменными показателями значительно выше, нежели у коллекторных. Определяется он состоянием подшипников и особенностями обмоточной изоляции.

Синхронный двигатель, у которого есть датчик положения ротора и инвертор, считается электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока. Фактически он является коллекторным электродвигателем с последовательно включенными обмотками статора. Они идеально оптимизированы для работы с бытовой электросетью. Такую модель, независимо от полярности напряжения, можно вращать в одну сторону, так как последовательное соединение обмоток и ротора гарантирует смену полюсов из магнитных полей. Соответственно, результат остается направленным в одну сторону.

Статор из магнитного мягкого материала применим для работы на переменном токе. Это возможно, если сопротивление в перемагничивании у него незначительное. Чтобы снизить потери на вихревые токи, статор делают из изолированных пластин. Он получается наборным. Его особенностью является то, что потребляемый ток ограничивается за счёт индуктивного сопротивления обмоток. Соответственно, момент двигателя оценочно становится максимальным и варьируется от 3 до 5. Чтобы приблизить к механическим характеристикам двигатели общего назначения, применяются секционные обмотки. Они имеют отдельные выводы.

Примечательно, что для передвижения некоторыми видами бактерий используется электродвигатель из нескольких белковых молекул. Он способен трансформировать энергию электрического тока в форме движения протонов во вращении жгутика.

Синхронная модель возвратно-поступательного движения работает таким образом, что подвижная часть устройства оснащена постоянными магнитами. Они зафиксированы на шторке. Посредством неподвижных элементов постоянные магниты находятся под воздействием магнитного поля и проводят перемещение штока возвратно-поступательным методом.

Как работает электродвигатель [для чайников]

Сегодня электродвигатели всё чаще приходят на замену безнадежно устаревшим бензиновым агрегатам и используются как в современном транспорте, так и в многочисленных электронных устройствах. Примеры использования этих силовых агрегатов можно встретить повсюду. Вибровызов в телефоне осуществляется благодаря работе электродвигателя, современный электровелосипед тоже едет благодаря электродвигателю и даже «любимое» метро — всё это электродвигатели.

Разновидностей электродвигателей сегодня существует огромное количество, но есть один важный фактор, который будет практически для всех них схожим. Речь идёт о физике работы этого типа устройств. Отметим, что далеко не все они будут использовать в своей работе описываемый далее принцип, но большая часть электродвигателей работают именно так. Как минимум, физический эффект, на котором всё это держится, сохраняется. Прежде, чем обсуждать подробно физику процесса, благодаря которому происходит вращение электродвигателя, рассмотрим сначала конструкцию простейшего двигателя.

Конструкция простейшего электродвигателя

Простейший электродвигатель

Опять-таки, отметим, что рассматриваемая конструкция — это далеко не единственный вариант реализации подобных устройств. Однако, большая часть приборов работает именно так и среди бытовых приборов или в транспорте вы вряд ли обнаружите что-то другое. Поэтому, рассмотрим простейшую схему и элементарный вариант реализации прибора.

Конструкция самого простого электродвигателя является довольно примитивной. Он состоит из статора и ротора. Всё это убрано в корпус и подсоединяется проводами к источнику электрической энергии. Ещё есть подшипники, но это вещь сугубо механическая и нас сейчас не особенно интересует.

Части двигателя

Статор — это неподвижная часть. Преимущественно неподвижная часть представлена постоянными магнитами. Но бывает и обратный вариант, когда на статоре выполнена обмотка. Различие обусловлено тем, в сети какого типа работает двигатель — постоянного или переменного тока.

Ротор — это подвижная часть, которая, как правило является якорем, а на нем выполнена обмотка. К ротору подходят щётки, на которые подается электрический ток.

Щетки подключаются проводами к источнику питания. Именно они «передают электричество». Но щетки есть не во всех конструкциях двигателей.

Вся конструкция смонтирована в корпус и в закрытом виде представляет собой готовый к работе силовой агрегат. Иногда на ротор двигателя ещё добавляется крыльчатка вентилятора, которая обеспечивает циркуляцию воздуха через агрегат и его дополнительное охлаждение. Так обычно монтируются двигатели постоянного тока.

На валу двигателя мы получаем крутящий момент, который прекрасно можно использовать для своих нужд. Например, передать его посредством зубчатой передачи на редуктор или использовать непосредственно для получения полезной работы (как в вентиляторе дома).

Женщина доила корову, а воде отражалось всё наоборот. Такое может быть и с конструкцией электродвигателя. Тогда намотка там будет на статоре, вместо ротора. Это уже будут двигатели переменного тока. Сам же ротор будет выполнен или из постоянных магнитов, или выглядеть как короткозамкнутая клетка (её ещё именуют беличье колесо).

Бывает также, что и статор, и ротор электродвигателя представляют собой обмотки. Тогда картина незначительно меняется. Правда смысл всё равно сохраняется прежним. Про принципы конструирования таких машин мы поговорим чуть позже.

Принцип работы любого электродвигателя

Физический принцип работы электродвигателя держится на свойствах рамки с током в магнитном поле. Самое простое объяснение эффекта будет поверхностным, но ясным. Вспомните, как ведут себя два магнита, которые мы сводим одноименными полюсами. Они отталкиваются! При некотором приближении, можно сказать, что это и есть физический принцип работы любого электродвигателя. Для начала советую изучить мою статью про электромагнитную индукцию на сайте.

Тем или иным способом нам нужно создать два магнитных поля, которые оттолкнут друг друга. Если одно поле создать на крутящемся якоре, а второе на корпусе или статоре, то одно поле будет толкать другое, а движение будет превращаться в крутящий момент и получится двигатель. Дальше остается только поиграться с конструкцией. И таких конструкций известно много, но мы обсудим самые распространенные. Это двигатель постоянного тока и двигатель переменного тока. Последний вариант разделяют на синхронные и асинхронные.

Физический принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если мы вспомним закон Ампера, то будет понятно, что на проводник с током в магнитном поле действует некоторая сила. Именно это обстоятельство позволяет получить вращающийся якорь.

Вспомним самый простой опыт, который показывают школьникам. Рамку с током помещают в магнитное поле и она начинает двигаться. Правда двигается она недолго, а скорее дергается. Всему виной несовпадение векторов. Размести мы магниты слегка иначе и получили бы постоянное движение.

Силы Ампера, действующие на боковые стороны рамки, будут создавать вращающий момент, величина которого пропорциональна магнитной индукции, силе тока в рамке, ее площади S и зависит от угла a между вектором магнитной индукции и нормалью к рамке.

Рамка с током в магнитном поле

В представленной ситуации рамка будет вращаться только тогда, когда вектора Fа будут не деформировать её, а придавать вращательное движение.

Вот так крутится рамка

Для этого в данном примере рамку нужно повернуть на 90 градусов. Теперь представим, что якорь нашего двигателя весь состоит из таких рамок, их очень много. Это улучшит процесс движения.

Вот и получился самый простой электрический двигатель постоянного тока.

Теперь представим, как будет выглядеть поведение такого двигателя при включении в цепь с переменным током. Он начнет танцевать в разные стороны. Ведь переменный электрический ток отличается тем, что регулярно меняет своё направление. Рамка с током, через которую он проходит, будет также менять направление своего движения. Крутиться равномерно такая штука не сможет. Поэтому, в переменных сетях используется двигатели переменного тока. Двигатель постоянного тока конечно же сможет работать в переменной сети, но для этого нужно использовать выпрямитель перед ним.

Правда бывают и универсальные электродвигатели, которые одинаково комфортно юзаются и там, и там. Но про это чуть позже.

Физический принцип работы электродвигателя переменного тока

Тут логика работы строится немного иначе. Обмотка у нас находится на статоре. А вот ротор представляет собой сердечник со специальной замкнутой рамкой или постоянными магнитами. Так проще обыграть постоянную смену направления тока.

Если двигатель переменного тока однофазный (или, правильнее сказать, может работать в нашей электрической цепи на 220 В) , то в обмотке статора при прохождении тока создается пульсирующее магнитное поле. Это поле раскладывается на два поля, имеющих равные амплитуды и вращающиеся в противоположные стороны с одинаковой частотой. Для разложения мы просто делаем замкнутый контур и получаем, что по одной части контура ток идёт в одну сторону, а по другой — в противоположную. Вот вам и момент, который крутанет рамку с током. А точнее — ротор определенной конструкции. Дальше обмотку статора «разносят» на 180 градусов и получают рабочую схему.

Поскольку полярность тока на статоре постоянно меняется, получается что генерируемое магнитное поле тоже меняет направление и регулярно, в соответствии с фазой колебания, «даёт пинок» нашему якорю. Этот процесс и порождает непрерывное равномерное движение ротора. Но есть тут один прикол!

Если двигатель однофазный, то прежде, чем он начнет работать, его ротор нужно крутануть. Или же магнитное поле так и будет пульсировать, а ротор так и будет стоять. Для этого обычно используется дополнительная обмотка или прочие ухищрения. Для создания вращающегося магнитного поля необходимо, чтобы магнитный поток через пусковую обмотку был сдвинут по фазе относительно рабочей. Но про это как-нибудь в другой раз.

Отметим, что этого недуга лишены трехфазные двигатели переменного тока. Там всё тоже самое, но поскольку у нас есть три разных фазы с разными точками максимальных значений относительно времени, в статоре создается вращающееся магнитное поле.

Оно начинает бегать по кругу, а заодно пинает ротор. Этот процесс и порождает непрерывное равномерное движение ротора. Тут уже не нужно никакое возбуждение, потому что ротор будет регулярно пинаться по кругу, как карусель, раскручиваемый детьми.

Синхронный и асинхронный двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока подразделяют на синхронные и асинхронные. Для постоянного тока это разделение не имеет особого смысла. Ведь там нет как такового понятия фаза и изменения направления тока.

Логика работы в обоих двигателях одинаковая. Но, судя по названию, в асинхронном что-то должно происходить ни в такт с основным процессом.

Синхронный и асинхронный двигатели отличаются преимущественно конструкцией ротора.

В роторе синхронного двигателя предусмотрена обмотка с независимой подачей напряжения или постоянные магнитики. Они толкают ротор относительно пульсирующего магнитного поля.

Ротор синхронного двигателя

У асинхронного ротора ток формируется с помощью магнитного статорного поля. В соответствии с законом электромагнитной индукции под действием прямого и обратного магнитных потоков в обмотке ротора станет действовать электродвижущая сила. Ротор похож по своей конструкции на колесо для грызуна. Но бывают и варианты с обмоткой, расположенной определенным образом.

Ротор асинхронного двигателя

В синхронном двигателе поля статора и ротора взаимодействуют друг с другом и имеют равную скорость. Ротор вращается в соответствии и точно в такт с полем статора. Частота вращения ротора синхронна частоте тока обмотки статора.

У асинхронных агрегатов имеет место разность магнитного поля роторного и статорного механизма на величину скольжения. Это то самое проскальзывание. Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора.

Не забываем, что обмотка ротора асинхронного двигателя, будь-то клетка или катушки под 120 градусов, является замкнутым контуром. В ней наводится ЭДС, а возникающий магнитный поток придает вращение ротору, отталкиваясь от пульсирующего магнитного поля статора. Движется эта кухня в направлении движения магнитного потока статора. Вращающий электромагнитный момент пытается уравнять скорости вращения магнитных полей статора и ротора, но это не всегда получается (а лучше сказать — никогда). Ведь уровнять эти моменты можно лишь в случае, если создавать поля одновременно, как в синхронном двигателе. Также влияет механическая нагрузка, которая подключена к валу ротора и мешает догнать поле. Но и в свободном состоянии эти цифры будут различаться. Ведь у любого механизма имеется некоторая инертность, а на время появления поля в замкнутой клетке (т.е. роторе асинхронного двигателя) тоже требуется время.

Вообщем-то, это основные вещи, которые вам следует уяснить. Всё остальное — это погружение в особенности конструкций конкретных агрегатов.

Поделиться:

Как работает электродвигатель?

Электродвигатель помогает преобразовывать электрическую энергию в механическую. Он основан на принципах электромагнетизма.

Для работы многих устройств требуются вращающиеся детали. Одним из таких используемых устройств является электрический двигатель. Электродвигатель представляет собой вращающееся устройство. Он играет роль в энергетике. преобразование. Теории электродвигателей изучаются в физике.

Электродвигатель является широко используемым инструментом. Он используется в повседневной жизни. Электродвигатель полезен для преобразования одного вида энергии в другой. Электрический двигатель используется в транспортных средствах, устройствах и т. д. Он работает по принципу электромагнетизм. Эта статья поможет вам понять работу, строительство, и т. д. электродвигателя.

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель — это прибор, преобразующий энергию. Электродвигатель представляет собой тип вращающегося устройства. Он преобразует электрическую форму энергии в механическую. Он работает по принципу электромагнетизма. Он работает из-за взаимодействия между магнитным полем двигателя. Магнитное поле взаимодействует с электрическим током в проводах обмотки. Это взаимодействие создает силу в виде крутящего момента. Этот крутящий момент приложен к валу двигателя.

Постоянный или переменный ток используется для питания электродвигателя. Постоянный ток передается батареями или выпрямителями. Переменный ток передается инверторами, электрическими генераторами и электрическими сетями. Электродвигатели классифицируются на основе многих факторов. Например, тип источника питания, области применения и т. д.

Принцип работы электродвигателя

Каждый инструмент имеет свой принцип. Принцип описывает теорию, по которой работает прибор. Электродвигатель также имеет определенный принцип. Принцип действия электродвигателя заключается в том, что при пропускании тока через прямоугольную катушку, помещенную в магнитное поле, к катушке прикладывается сила. Эта сила отвечает за непрерывное вращение двигателя.

Благодаря этому вращению происходит преобразование энергии. Простыми словами, принцип работы электродвигателя переносится на проводник с током. Этот проводник с током создает магнитное поле. Этот проводник с током расположен перпендикулярно направлению магнитного поля. Благодаря этому он испытывает силу.

Конструкция электродвигателя

Каждое устройство имеет уникальную конструкцию. Необходимо понимание конструкции. Вот объяснение конструкции электродвигателя.

Конструкция электродвигателя

• Он имеет прямоугольную катушку провода ABCD.

• У него сильный подковообразный магнит. Катушка ABCD расположена перпендикулярно этому магниту.

• Концы катушки ABCD соединены с разрезными кольцами P и Q. Эти разрезные кольца играют роль коммутатора. Это помогает изменить направление тока.

• Внутренняя часть разрезных колец изолирована. Он прикреплен к оси. Ось свободно вращается.

• Внешняя сторона токопроводящих кромок разрезных колец соединена со стационарными щетками. Эти щетки X и Y соединены с аккумулятором. Это завершает схему.

Это общая конструкция электродвигателя.

Детали электродвигателя

 Электродвигатель состоит из множества частей. Эти детали необходимы для бесперебойной работы двигателя. Вот описание основных частей электродвигателя.

Детали электродвигателя

• Ротор: это движущаяся часть двигателя. Его роль заключается во вращении вала двигателя. Это вращение на валу производит механическую энергию. Ротарь также содержит проводник. По этому проводнику текут токи. Это также помогает в общении с магнитным полем, присутствующим в статоре.

• Подшипники: Подшипники используются для поддержки вращателя. Это необходимо для активации оси ротора. С помощью них расширяется вал двигателя. Он распространяется до нагрузки двигателя.

• Статор: это неактивная часть электромагнитной цепи двигателя. Он состоит из постоянного магнита и обмотки. Статор можно изготовить из тонких металлических листов. Их называют ламинатами. Они помогают уменьшить потери энергии.

• Обмотки: Провода, проложенные внутри катушки электродвигателя, называются обмотками. Обычно они намотаны на гибкий железный магнитный сердечник. Это создает магнитные полюса при подаче тока.

Это были все важные части и их использование в электродвигателе.

Работа электродвигателя

Упомянутый электродвигатель представляет собой вращающееся устройство. Работа электродвигателя объясняет его механизм. Вот несколько шагов, которые объясняют работу электродвигателя.

Работа электродвигателя

• Когда аккумулятор двигателя включен, в нем протекает ток. Ток течет через катушку AB от A к B. При этом направление магнитного поля с севера на юг. О правиле левой руки Флеминга сила действует вниз на AB. Подобно этому восходящая сила применяется к CD. Благодаря этому катушка вращается. AB движется вниз, а CD движется вверх.

• Теперь обе катушки AB и CD поменялись местами. Теперь поток тока идет от C к D. А направление магнитного поля — с севера на юг. Катушка CD получает направленную вверх силу и движется вверх. Катушка AB движется вниз. Таким образом, обе катушки делают половину оборота.

• Электродвигателю для работы требуется полный оборот. Для этого направление тока меняется. Направление тока меняется с помощью коммутатора. Коммутатор имеет два разрезных кольца. Щетки также присоединены к его контуру.

• Когда катушка начинает вращаться, кольца тоже вращаются. Как только катушка становится параллельной магнитному полю, щетки касаются зазора между кольцами. Из-за этого цепь разрывается.

• Из-за инерции кольцо продолжает двигаться. Противоположный конец кольца подключается к положительному концу провода.

• Разрезные кольца P и Q прикреплены к катушке CD и AB соответственно. Благодаря этому направление тока в цепи меняется на противоположное.

• Катушка CD слева, катушка AB справа. Ток в катушке CD меняется на противоположный. Теперь ток течет от D к C. На AB действует восходящая сила, а на CD — направленная вниз сила. Это позволяет катушке вращаться.

• Эта реверсия электрического тока происходит после каждого полуоборота. Это позволяет катушке вращаться до тех пор, пока батарея не будет отключена.

Это детальная работа электродвигателя.

Преимущества электродвигателя

Электродвигатель имеет множество преимуществ. Это лучше, чем другие устройства преобразования энергии. Есть много преимуществ использования электродвигателя. Вот некоторые из них:

• Первоначальная стоимость электродвигателя довольно низкая. Это лучше, чем двигатели, использующие ископаемое топливо.

• Электродвигатель имеет различные рабочие части. За счет этого электродвигатель имеет более длительный срок службы.

• Двигатель требует меньше обслуживания. Электродвигатель имеет среднюю мощность 30 000 часов.

• Электродвигатель имеет автоматическое управление. Он упрощает управление и имеет функции автоматического запуска и остановки. Кроме того, электрические двигатели очень эффективны.

• Они не используют ископаемое топливо. Это потому, что им не нужно моторное масло.

Это различные преимущества электродвигателя. Благодаря этим преимуществам он является широко используемым инструментом для преобразования энергии.

Применение электродвигателя

Широко используется электродвигатель. Он получил много приложений. Эти приложения описывают использование электродвигателя. Электродвигатели являются неотъемлемой частью многих приборов. Он имеет множество приложений. Некоторые из них:

• Электродвигатель используется в воздуходувках, станках, электроинструментах, насосах и турбинах. Он также используется во вращающихся устройствах, таких как компрессоры, прокатные станы, вентиляторы, корабли, двигатели и т. д.

Применение электродвигателя

Электродвигатель также является обязательным компонентом многих устройств. К ним относятся отопительное и охлаждающее оборудование, различная бытовая техника, а также автомобили.

Вот несколько вариантов применения электродвигателя.

Заключение:

Электродвигатель является широко используемым инструментом. Его основная цель — преобразование энергии. Он эффективен в преобразовании электрической энергии в механическую форму энергии. Его функционирование можно объяснить принципами электромагнетизма.

Имеет различные части и уникальные конструкции. Это дешевле и эффективнее любого другого преобразователя энергии. Он имеет широкий спектр применения. Габаритный электродвигатель представляет собой эффективное устройство.

Двигатель, который может работать от источников переменного и постоянного тока, называется универсальным двигателем.

Электродвигатели, демонстрирующие преобразование энергии переменного тока в механическую, называются двигателями переменного тока. А те, которые показывают преобразование энергии постоянного тока в механическую, называются двигателями постоянного тока.

Нет. В вакууме электродвигатель будет работать некоторое время, а затем остановится, потому что смазочные материалы и изоляционные материалы испарятся из-за низкого давления и вакуума, это явление называется дегазацией.

Электродвигатель

Электродвигатели повсюду в нашей повседневной жизни. Вы можете использовать его для питания зубной щетки или охлаждения компьютера. В некоторых автомобилях они даже запускают двигатель! Удивительно, что они могут преобразовывать электрическую энергию в механическую с помощью всего одной движущейся части. Эта статья научит вас основам работы электродвигателей, включая их компоненты, различные типы и способы их использования. Итак, давайте погрузимся и узнаем больше об увлекательном мире электродвигателей! Не упустите эти важные знания, если хотите понять технологии, которые окружают нас каждый день.

Электродвигатель Определение

Проще говоря, электрический двигатель работает путем преобразования электрической энергии в механическую. Это осуществляется за счет взаимодействия стационарного магнитного статора и электромагнитного ротора в двигателях постоянного тока. Когда провод, по которому течет электрический ток, помещается в магнитное поле, он создает силу, известную как моторный эффект. Сила зависит от силы магнитного поля, длины провода и силы тока, проходящего через него. Двигательный эффект наиболее силен, когда провод и магнитное поле находятся на 9под углом 0° друг к другу, и он уменьшается до нуля, когда они параллельны. Это основной принцип работы электродвигателя.

‍

Схема моторного эффекта, показывающая взаимодействие провода с током с магнитным полем, создающим силу на проводе. (Справа) Левосторонний инструмент Флеминга — метод определения направления силы на проводе

 

— сила в ньютонах

— плотность магнитного потока в теслах

— сила тока в амперах

— длина проводника в метрах.

Правило левой руки Флеминга

Правило левой руки Флеминга — удобный прием для определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Просто держите левую руку большим, указательным и средним пальцами под прямым углом друг к другу. Затем укажите указательным пальцем в направлении магнитного поля, а средним пальцем — в направлении тока. Затем ваш большой палец будет указывать в направлении силы, действующей на провод.

Электродвигатели бывают двух основных типов: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. Существует множество различных конструкций для каждого типа, в зависимости от конкретного применения.

Двигатели постоянного тока

Простейшая форма двигателя постоянного тока состоит из стационарного магнитного поля и проводящей катушки, соединенной с коммутатором с разъемным кольцом, который через щетки подключен к источнику постоянного тока. На приведенной ниже диаграмме показан двигатель этого типа в исходном положении.

Схема, показывающая компоненты очень простого двигателя постоянного тока и то, как они создают вращательную силу вокруг оси двигателя

‍

Двигатель постоянного тока работает за счет подачи напряжения на щетки, которое передает напряжение на катушку через коммутатор с разъемным кольцом. Катушка с током находится в магнитном поле, которое создает вращающую силу на катушке. Коммутатор с разъемным кольцом используется для переключения направления тока в катушке с той же скоростью, что и двигатель. Чтобы увеличить мощность двигателя постоянного тока, можно увеличить силу магнитного поля, добавить в катушку больше витков или использовать в катушке больший ток. Более совершенным типом двигателя постоянного тока является бесщеточный двигатель, в котором используется полупроводниковый контроллер для изменения полярности напряжения питания постоянного тока. Это обеспечивает лучшую производительность и повышенную надежность, поскольку щетки в щеточных двигателях часто изнашиваются и требуют замены.

Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока работают по тому же принципу, что и двигатели постоянного тока, но с некоторыми ключевыми отличиями. Как правило, обмотки катушки образуют статор (неподвижную часть) двигателя, а ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. В двигателе переменного тока переменный ток (AC) подается на обмотки катушки статора, создавая переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле используется для создания вращающей силы на роторе, вращая двигатель. Коммутатор с разъемным кольцом больше не нужен, так как направление тока меняется на противоположное при подаче переменного тока.

Двигатель переменного тока работает по принципу электромагнитной индукции. Когда переменный ток подается на обмотки статора, переменное магнитное поле, создаваемое током, индуцирует напряжение в обмотках ротора. Затем это напряжение создает ток в обмотках ротора, создавая магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора, создавая крутящий момент, вращающий ротор.

Двигатель переменного тока также имеет ряд преимуществ по сравнению с двигателями постоянного тока. Например, двигатели переменного тока более эффективны и могут производить больше энергии, чем двигатели постоянного тока. Кроме того, двигатели переменного тока можно использовать в приложениях, где необходимо контролировать скорость двигателя, например, в электромобилях.

Синусоидальное изменение напряжения в источнике питания переменного тока. (Внизу) — Соответствующая сила и направление магнитного поля, создаваемого электромагнитом с переменным напряжением

‍

Функции электродвигателя

Электрические двигатели широко используются в нашей повседневной жизни, приводя в действие устройства, которые мы используем каждый день. Двигатели постоянного тока обычно используются в бытовых устройствах с батарейным питанием, таких как электрические зубные щетки, автомобили с дистанционным управлением и дрели с батарейным питанием, а двигатели используются в устройствах с питанием от сети, таких как вытяжные вентиляторы, пылесосы и стиральные машины. Выбор типа двигателя часто определяется источником питания, поскольку более эффективно и экономично использовать двигатель переменного тока в устройстве с питанием от сети и двигатель постоянного тока в устройстве с питанием от батареи, чтобы избежать необходимости преобразования мощности. запасы.

Расчет мощности электродвигателя

При расчете мощности электродвигателя необходимо учитывать две переменные: выходную мощность и входную мощность.

Выходная мощность электродвигателя

Отличный экспериментальный проект для измерения выходной механической мощности двигателя! Как вы упомянули, механическая мощность двигателя — это выходная мощность двигателя, и ее можно рассчитать, разделив объем полезной работы на время, затраченное на выполнение работы. 92).

Зная силу, необходимую для подъема массы, мы можем рассчитать работу, совершаемую двигателем для подъема массы на определенное расстояние (d), используя уравнение:

Работа = Сила x Расстояние

совершённую работу, можно найти механическую мощность двигателя, разделив совершённую работу на время, затраченное на её выполнение.

Механическая мощность = Проделанная работа / Затраченное время

Измеряя время, необходимое для подъема массы, и вычисляя проделанную работу, мы можем определить выходную механическую мощность двигателя. Эта информация полезна при определении эффективности двигателя, а также при выборе и проектировании двигателей для различных применений.

Потребляемая мощность электродвигателя

Потребляемая мощность электродвигателя может быть найдена с использованием общего уравнения электрической мощности. Обратите внимание, что это можно сделать, потому что входная мощность электродвигателя представляет собой электрическую мощность.

Эффективность электродвигателя

Отличный пример! Давайте используем данную информацию для расчета входной мощности, выходной мощности и эффективности двигателя при подъеме веса.

Мы знаем, что для подъема груза (массы) массой 10 кг на высоту 2 метра по вертикали требуется 192).

Мы также знаем, что двигатель потребляет 2 А тока при 120 В в течение 10 секунд, чтобы поднять груз. Используя закон Ома (V = IR), мы можем рассчитать сопротивление двигателя как:

R = V / I = 120 В / 2 A = 60 Ом

Входная мощность двигателя определяется как:

P_input = VI = (120 В)(2 А) = 240 Вт

Выходная мощность двигателя определяется по формуле:

P_output = Вт / t = 196 Дж / 10 с = 19,6 Вт

КПД двигателя равен предоставлено:

КПД = P_выход / P_вход x 100%
КПД = 19,6 Вт / 240 Вт x 100% = 8,17%

Итак, входная мощность двигателя 240 Вт, выходная мощность 19,6 Вт, КПД двигателя составляет 8,17%. Это означает, что только около 8% подводимой электрической энергии преобразуется в полезную механическую работу, а остальная часть теряется в виде тепла из-за сопротивления проволочных катушек и трения между движущимися и неподвижными компонентами.

Электродвигатели. Основные выводы Электродвигатели работают благодаря явлению, называемому моторным эффектом. Двигательный эффект — это сила, действующая на проводник с током, когда он проходит через магнитное поле. Силу силы можно увеличить, увеличив либо напряженность магнитного поля, ток в проводе, либо длину провода в магнитном поле. В двигателе постоянного тока используется коммутатор с разъемным кольцом для изменения направления тока в проволочной катушке каждые пол-оборота. Это гарантирует, что сила, действующая на проволочную катушку, всегда продолжает ускорять вращение катушки и раскручивать двигатель. Двигатель переменного тока также использует эффект двигателя для вращения, но использует источник питания переменного тока для изменения направления тока вместо коммутатора с разъемным кольцом. Обычно двигатели переменного тока имеют обмотку катушки в статоре и ротор с постоянным магнитом или электромагнитом. КПД электродвигателя можно рассчитать, измерив, сколько входной энергии необходимо для выполнения известного объема работы.

Электродвигатель

Как рассчитать мощность электродвигателя?

Мощность электродвигателя можно рассчитать путем измерения времени, необходимого для выполнения известного количества работы. Например, чтобы поднять груз массой 5 ​​Н на 1 м, требуется 5 Дж работы. Если двигатель выполняет эту работу за 2 секунды, выходная мощность может быть рассчитана как 5 Дж / 2S = 2,5 Вт. В качестве альтернативы, если можно измерить крутящий момент на выходном валу и скорость вращения, механическая мощность также может быть рассчитана как: Мощность = крутящий момент x скорость вращения, где крутящий момент измеряется в Нм, а скорость вращения — в радианах в секунду.

Какая наука стоит за электродвигателями?

В электродвигателях используется эффект двигателя, который создает силу на проводе с током в магнитном поле. В двигателе постоянного тока используется катушка провода, так что каждая сторона испытывает силу противоположного направления в магнитном поле, заставляя катушку вращаться. Каждые пол-оборота коммутатор с разъемным кольцом меняет полярность напряжения на катушке, изменяя направление тока. Правило левой руки Флеминга показывает, что это меняет направление сил на катушку, гарантируя, что она продолжает вращаться с ускорением. Щетки используются для передачи питания постоянного тока на вращающийся коммутатор с разъемным кольцом.

Что такое электродвигатель и его КПД?

Электродвигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует входную электрическую мощность в выходную механическую мощность. Чтобы рассчитать эффективность, доля входной энергии, которая преобразуется в полезную выходную работу, должна быть рассчитана с использованием следующего уравнения: Эффективность = (Полезная выходная мощность) / (Входная мощность), что также может быть представлено как: Эффективность = (Полезная механическая мощность) / (Электроэнергия)

Как работает электродвигатель?

Электродвигатели используют моторный эффект, который создает силу на проводе с током в магнитном поле.