Критическая ситуация с экологией и постоянный рост цен на топливо заставляют искать производителей транспорта новые решения. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) усовершенствуются, модифицируются и «смешиваются» с электродвигателями. Для чего это делается, как работает гибридный двигатель, рассмотрим в сегодняшней публикации.

Простыми словами о сложном

Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.

Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.

При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают двигатели, работающие на водороде.

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.

Параллельная схема гибридного автомобиля

Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.

Последовательно – параллельная схема гибрида

В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
2. Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
3. Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
4. В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
6. Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
7. В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
8. Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Недостатки гибридов

1. Высокая стоимость автомобиля.
2. Обслуживание автомобиля требует больших затрат. Ремонтировать такую машину самостоятельно вряд ли удастся, а квалифицированных мастеров найти большая сложность. С комплектующими также гарантированно будут проблемы.
3. Перепады климатических температур плохо влияют на АКБ и приводят к их саморазряду.

Как работает электромотор? . Советы электрика

Как вы уже догадались, все бытовые приборы можно разделить на две группы: использующие тепловые свойства электричества и преобразующие электрическую энергию в механическую.

Электрические моторы имеются в большинстве бытовых приборов, и часто в случае неисправности двигателя бытовой прибор или выбрасывают как негодный, или несут в ремонт, даже не выяснив причину неисправности. Проблема в том, что не многие разбираются в электрических двигателях, а потому не могут самостоятельно не только ремонтировать, но и установить причину неполадки.

А ведь на самом деле, если знать устройство электрических двигателей, то можно разобраться и в устройстве всех бытовых приборов, так как во всех случаях мотор является основным агрегатом, вырабатывающим механическую энергию, а все остальные детали и узлы бытового устройства предназначены лишь для того, чтобы эту механическую энергию можно было применять в быту.

По историческим меркам электрические двигатели появились сравнительно недавно – всего сто лет назад, но они успели настолько прочно войти в быт, что без их участия уже невозможно обойтись. Первые двигатели существовали в виде математических моделей, а также экспериментальных устройств, на примере магнита и проводника показывающих возможность превращения электрической энергии в механическую.

Со временем знания об электричестве совершенствовались, дополнялись новыми сведениями, создавались все новые и новые модели электрических двигателей, в результате чего и появились индукционные двигатели, работающие на постоянном и переменном токе, которые и применяются в настоящее время в быту и в производстве.

В основе действия этого устройства лежит закон самоиндукции, открытый ученым М. Фарадеем, одним из основателей электродинамики. Согласно этому закону вокруг всякого проводника, по которому проходит электрический ток, создается магнитное поле.

Электрический двигатель представляет собой статор и ротор с замкнутыми обмотками, по которым протекает электрический ток. В результате между статором и ротором создается вихревой магнитный поток, который приводит ротор в движение. Все остальное, как говорится, дело техники. С помощью осевой, ременной, червячной или другой передачи механическое движение передается рабочим узлам, которые и осуществляют работу бытового прибора.

Чтобы магнитный поток создавал механическое движение, необходимо определенное расположение обмоток статора и ротора. В замкнутых обмотках протекают токи, сдвинутые во времени. Обмотки должны располагаться так, чтобы получить круговое поле, что возможно при расположении двух пар обмоток под прямым углом (двухфазный двигатель) или трех обмоток под углом 120° (трехфазный двигатель). Это простейшие модели двигателей, наиболее часто применяемые. Не исключено применение в быту и многофазных двигателей.

В быту применяются двигатели, работающие и на постоянном и на переменном токе. Как правило, двигатели, работающие на постоянном токе, применяются в бытовых приборах индивидуального пользования, а также в домашней электронике, так как обладают меньшей мощностью по сравнению с двигателями, работающими на переменном токе.

Чтобы бытовые приборы, имеющие такие двигатели, можно было подключать к сети с напряжением 220V, в цепи имеется индукционная катушка, которая обладает свойством не пропускать токи определенных частот. Индукционную катушку также принято называть дросселем, или выпрямителем напряжения, так как именно она и преобразует переменный ток в постоянный.

Многие приборы работают одновременно и на постоянном и на переменном токе. Это можно объяснить тем, что бытовой прибор рассчитан на подключение к различным источникам питания: к сети, к аккумуляторам, к выпрямителю переменного тока, чтобы прибором было удобно пользоваться.

В таком случае прибор имеет индукционную катушку, выпрямляющую переменный ток. При включении прибора выпрямитель преобразует его в постоянный, от него и работает электрический двигатель. Если прибор следует подключить к источнику постоянного тока, достаточно установить переключатель в соответствующее положение и прибор работает уже без индукционной катушки, что позволяет пользоваться сменными элементами питания (батарейками), аккумуляторами, универсальными блоками питания.

Двигатели, работающие на переменном токе, применяются в таких бытовых приборах, как стиральные машины, пылесосы, вентиляторы и др., для работы которых нужны двигатели большей мощности.

Двигатели переменного тока принято делить на синхронные, асинхронные и коллекторные. Двигатель может быть выполнен с внутренним или внешним ротором.

Двигатель с внутренним ротором представляет собой статор с обмотками, заключенный в корпус, внутри статора располагается ротор, также имеющий обмотки. Как уже упоминалось, вращение ротора осуществляется за счет вихревого магнитного потока, образующегося в пространстве между статором и ротором.

В синхронных двигателях скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного вихревого потока. В асинхронных двигателях эта скорость не совпадает: ротор может вращаться быстрее или медленнее, может вращаться в противоположную сторону. Если к обмоткам статора и ротора подсоединен механический преобразователь частоты и числа фаз, двигатель является коллекторным.

Двигатель может иметь и внешний ротор. В таком случае статор с обмотками располагается внутри ротора, вращающегося все по тому же закону самоиндуктивности. К обмоткам ротора электричество подводится с помощью скользящих контактов, которые принято называть щетками.

Двигатель с внешним ротором имеет высокий показатель инертности, а потому его применяют там, где требуется инертность. В быту такой двигатель можно увидеть, например, на дрели, причем щетки, как правило, видно через вентиляционные отверстия на корпусе.

Иногда бывает так, что из-за вибрации или по другим причинам скользящие контакты прилегают к обмоткам не плотно, это приводит к тому, что при замыкании цепи двигатель не работает, возникает такое ощущение, что цепь разомкнута. На самом деле достаточно плотнее прижать щетки, и двигатель заработает снова. Бывает даже так, что двигатель работает в горизонтальном положении, но стоит его поставить вертикально – он отключается. В таком случае причина неполадки не может быть в чем-то другом, только как в скользящих контактах.

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 электродвигатель. 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 разъемными кольцами P и Q. Эти разъемные 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 удерживает катушку во вращении.

• 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 инструментов. 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.

Как работает двигатель электромобиля?

Автор Алекс Рамос

Опубликовано 3 сентября 2022 г.

Делиться Твитнуть Делиться Электронная почта

есть везде, и это здорово. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как на самом деле работает двигатель электромобиля?

Электродвигатели повсюду. Вероятно, не будет преувеличением сказать, что современная цивилизация, какой мы ее знаем, могла бы выглядеть иначе, если бы не изобретение электродвигателя. Электродвигатели также вездесущи в вашей повседневной жизни, от электрических водяных насосов до электродвигателей, приводящих в действие охлаждающие вентиляторы.

Но в последнее время самая большая шумиха вокруг электродвигателя связана с огромным распространением электромобилей.

Если вы задаетесь вопросом, как работает двигатель электромобиля, вы попали по адресу. Читайте дальше, чтобы узнать все подробности о том, как работают электродвигатели и чем они отличаются от двигателей внутреннего сгорания.

Что такое асинхронный электродвигатель?

Асинхронный двигатель — чудо инженерной мысли. Самое смешное, что этот тип электродвигателя изобрел Никола Тесла, и компания по производству электромобилей, носящая его имя, также использует асинхронные двигатели для некоторых своих знаменитых электромобилей. В частности, в Model S и ее двоюродном брате Model X используются асинхронные двигатели переменного тока (в более новых моделях используется синхронный двигатель с постоянными магнитами и асинхронный двигатель). В общих чертах, асинхронный двигатель — это двигатель, который преобразует электрическую энергию в механическую с помощью наведенного магнитного поля.

Вероятно, он входит в тройку величайших изобретений всех времен, и это не преувеличение. Асинхронный двигатель довольно прост, единственной движущейся частью является его ротор, поэтому силовые агрегаты электромобилей должны оказаться очень надежными с годами. Кстати, это одно из ключевых преимуществ электромобилей перед бензиновыми автомобилями с точки зрения надежности. Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, называемую статором, а также внутреннюю часть, которая фактически вращается, называемую ротором.

Через ротор проходит вал, который можно использовать для перемещения предметов, когда ротор вращается. Примером этого является вращающийся вентилятор, соединенный с валом асинхронного двигателя, или, возможно, колеса электромобиля, движущиеся в результате механического движения вала ротора. Асинхронный двигатель переменного тока присутствует не только в электромобилях; это основной продукт во всех аспектах повседневной жизни. Многие современные заводские машины используют асинхронные двигатели переменного тока, особенно если важны надежность и низкие эксплуатационные расходы.

Это одна из основных причин, по которой в некоторых высокопроизводительных электромобилях используются асинхронные двигатели. Они чрезвычайно надежны, а также очень эффективны. В то время как асинхронные двигатели производят свою долю тепла (именно поэтому они часто имеют вентиляторы и ребра, встроенные в конструкцию), они в высшей степени эффективны. По данным Министерства энергетики США, электромобили могут фактически использовать более 77% электроэнергии, которую они получают от зарядки непосредственно на колеса автомобиля. Согласно тому же источнику, автомобили с бензиновым двигателем могут преобразовать только от 12% до 30% энергии, запасенной в бензине, в полезную мощность непосредственно на колесах автомобиля.

электромобиля преобразуют более 77% электроэнергии из сети в мощность на колесах. Обычные автомобили с бензиновым двигателем преобразуют только около 12–30% энергии, запасенной в бензине, в мощность на колесах.

Это огромная проблема и одна из причин, по которой электромобили более безопасны для окружающей среды, особенно при подключении к экологически чистому источнику энергии.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Проще говоря, асинхронный двигатель переменного тока работает за счет электризации проводящих медных катушек, расположенных вокруг статора. Переменный ток, протекающий через медные катушки, индуцирует вращающееся магнитное поле. Очевидно, что в электромобиле электричество, которое позволяет осуществить этот шаг, подается от аккумулятора электромобиля.

Батареи вырабатывают энергию постоянного тока, поэтому, прежде чем электричество от батареи может быть преобразовано в механическую энергию электродвигателем, оно должно пройти промежуточный этап через инвертор, который преобразует питание постоянного тока от батареи в требуемую мощность переменного тока. Вращающееся электромагнитное поле, создаваемое в статоре, приводит к возникновению тока в роторе при его движении, который, в свою очередь, индуцирует электромагнитное поле в роторе. Вот почему асинхронные двигатели называются индукционными, потому что они работают, индуцируя магнитное поле.

Волшебство происходит, когда вращающаяся ЭДС индуцирует электрический ток в роторе, который, в свою очередь, производит свою собственную ЭДС, заставляющую ротор вращаться, следуя за вращающимся магнитным полем статора. Ротор вращает вал, который является полезной частью электродвигателя, позволяя создавать механическую энергию из электроэнергии. С точки зрения электромобилей, то, как эти электродвигатели обеспечивают мощность, означает, что крутящий момент доступен мгновенно, с чем автомобили с ДВС даже не могут конкурировать.

Преимущества электродвигателей перед двигателями внутреннего сгорания

Первым очевидным преимуществом электродвигателей перед двигателями внутреннего сгорания является резкое уменьшение количества движущихся частей. Если вы посмотрите на любую базовую анимацию вращения газового двигателя по сравнению с вращением электродвигателя, вы сразу заметите, насколько сложнее этот процесс для газового двигателя. Уменьшение количества движущихся частей напрямую связано с техническим обслуживанием этих различных силовых установок.

С электродвигателем мало что может выйти из строя, особенно из-за износа. Между тем, двигатель внутреннего сгорания имеет множество движущихся частей, которые могут выйти из строя. Это не означает, что электродвигатель не может сломаться, но если он лишен многих деталей, которые выходят из строя в бензиновом двигателе, их не нужно будет заменять.

Одним из основных дефектов обычных двигателей является цепь привода ГРМ (или ремень), которой нет даже в электродвигателе. Как упоминалось ранее, передача крутящего момента также является огромным плюсом для электромобилей, поскольку они могут обеспечивать мгновенный крутящий момент, способствуя драматическому ощущению, которое вы испытываете при ускорении электромобиля.

Асинхронные двигатели существовали вечно, но до сих пор являются революционными

Самое забавное в асинхронных двигателях то, что они не являются новым изобретением при любом натяжении воображения. Они также использовались повсеместно в течение многих лет, но в последнее время эти двигатели получают признание, которого они всегда заслуживали, благодаря волне электромобилей, захвативших наши дороги. Асинхронный двигатель по-прежнему остается удивительным чудом инженерной мысли после всех этих лет, и новые исследования и разработки должны помочь сделать его еще более привлекательным.

— введение, работа, детали и использование

В начале 1800-х годов Майкл Фарадей раскрывал аспекты и использование электричества.

Электродвигатель, в целом хорошо известный как двигатель, является одним из самых больших достижений в области науки. Жизнь, которую мы ведем сегодня, связана с изобретением двигателей, иначе мы использовали бы электричество только для того, чтобы зажечь лампочку. Электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Проще говоря, электродвигатель — это устройство, используемое для производства вращательной энергии.

Принцип работы электродвигателя

Принцип работы электродвигателя заключается в том, что когда катушка помещается в магнитное поле и через нее проходит ток, катушка вращается.

Работа электродвигателя

Теперь давайте начнем с работы электродвигателя. Схематическое изображение электродвигателя показано ниже.

Прежде чем мы поймем, как это работает, давайте посмотрим на части электродвигателя. Базовая конструкция электродвигателя состоит из прямоугольного провода, двух сильных магнитов и аккумулятора. Если нас спросят, каковы два основных компонента электродвигателя, ответом будут магниты для создания магнитного поля и катушка для демонстрации эффекта магнитного поля.

Детали электродвигателя

• Прямоугольная катушка ABCD.

• Два сильных магнита, которые могут быть любого типа, будь то подковообразный или стержневой магнит. Они используются для создания сильного магнитного поля.

• Разрезные кольца используются для вращения прямоугольной катушки.

• Щетки используются в качестве контакта между разрезными кольцами.

Рабочий

• Теперь при пропускании электрического тока через прямоугольную катушку ABCD. Мы замечаем, что ток между плечами BC и AD параллелен магнитному полю, тогда как ток между AB и CD перпендикулярен магнитному полю. Поэтому магнитное поле будет действовать только на плечи AB и CD.

• Согласно правилу левой руки Флеминга, в плече АВ сила направлена ​​вниз, а магнитное поле направлено с севера на юг. Точно так же в руке CD направление силы направлено вверх.

• Следовательно, силы в плечах AB и CD направлены в противоположные стороны, это приведет к вращению прямоугольной катушки ABCD.

• После половины оборота кольцо Q соприкоснется со щеткой X, а кольцо P соприкоснется с Y, это приведет к изменению направления тока.

• Поскольку направление тока изменилось, направление сил в плечах AB и CD также изменится, поэтому катушка продолжает вращаться в том же направлении.

После изучения двигателей обычно возникает вопрос, каково использование электродвигателей. Электродвигатели широко используются в большинстве бытовых приборов, таких как вентиляторы, смесители и т. д.

Использование электродвигателей

• Они используются в электрических вентиляторах.

• Используются в стиральных машинах.

• Используется в водяных насосах.

Типы электродвигателей

Три основных типа электродвигателей — это двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока и другие двигатели специального назначения.

Ниже перечислены подтипы и пояснения к двигателям постоянного и переменного тока, а также двигателям специального назначения:

(A) Двигатель постоянного тока: Электродвигатель, который используется для преобразования постоянного электрического тока в механическую работу, называется двигателем постоянного тока. Различные типы двигателей постоянного тока включают шунтирующий двигатель постоянного тока, двигатель с независимым возбуждением, серийный двигатель, двигатель постоянного тока с постоянными магнитами и составной двигатель.

1. Шунтовой двигатель постоянного тока. Подобно обмоткам якоря и обмоткам возбуждения, обмотки шунтирующего двигателя постоянного тока соединены параллельно; эта параллельная связь называется шунтом, а обмотка называется шунтирующей обмоткой.

2. Двигатель с независимым возбуждением. В этом типе двигателя обмотки якоря сделаны более прочными для создания большего потока, а соединение между статором и ротором построено с использованием различных источников питания. Электродвигатель с независимым возбуждением управляется из каскада.

3. Серийный двигатель постоянного тока — обмотки ротора в этом типе двигателя соединены последовательно. Двигатель постоянного тока работает по простому закону электромагнетизма. Электромагнитный закон гласит, что для создания электродвижущей силы электромагнитное поле приводится во взаимодействие с электрической цепью. Электромагнитный закон приводит к вращательному движению двигателя. Этот тип двигателя в основном используется в автомобилях или лифтах в качестве стартеров.

4. Двигатель постоянного тока

   — двигатель постоянного тока с постоянными магнитами или двигатель постоянного тока с постоянными магнитами поставляется со встроенным магнитом, который постоянно находится внутри двигателя. Этот магнит обеспечивает формирование крайне необходимого для работы электродвигателя магнитного поля.

5. Составной двигатель постоянного тока. Составной двигатель постоянного тока представляет собой сочетание последовательного двигателя постоянного тока и шунтирующего двигателя постоянного тока. Поскольку в этом двигателе присутствуют как последовательная, так и шунтирующая обмотки, пуск и ротор соединены друг с другом через соединение последовательной и шунтирующей обмотки.

(B) Двигатель переменного тока: AC в двигателе переменного тока обозначает переменный ток, который используется для его работы. Этот тип двигателя обычно состоит из внешней и внутренней частей; внешний статор состоит из катушек, через которые пропускается переменный заряд или ток для создания вращения в магнитном поле. В то время как внутренняя часть ротора соединена с выходным валом, который генерирует второе магнитное поле при вращении. Двумя основными типами двигателей переменного тока являются синхронный двигатель и асинхронный двигатель.

Ниже приведены объяснения работы двух типов двигателей переменного тока:

1. Асинхронный двигатель. Асинхронный двигатель — это тип двигателя переменного тока, который работает на асинхронной скорости; поэтому его также называют асинхронным двигателем. Этот двигатель использует электромагнитную индукцию для преобразования электрической энергии в механическое движение двигателя. Существует два типа асинхронных двигателей: двигатель с короткозамкнутым ротором и двигатель с фазной обмоткой.

2. Синхронный двигатель- Синхронный двигатель работает от трехфазной сети. Статор генерирует ток вращающегося поля, от которого также зависит работа ротора. Когда точность вращения очень высока, эти типы двигателей можно использовать в робототехнике и автоматике.

(C) Двигатель специального назначения: Проще говоря, двигатели специального назначения включают в себя все другие типы двигателей, кроме двигателей переменного тока и двигателей постоянного тока общего назначения. Некоторыми из широко используемых двигателей специального назначения являются шаговые двигатели, бесщеточные двигатели постоянного тока, гистерезисные двигатели и реактивные двигатели.

Ниже приведены пояснения по работе этих двигателей специального назначения:

1. Шаговый двигатель. Эффективной альтернативой стабильному вращению является вращение под углом шага, которое может быть обеспечено шаговыми двигателями. Мы знаем, что угол поворота любого ротора составляет 180 градусов. Однако в шаговых двигателях этот угол поворота делится на несколько шагов, например 9.шаг 20 градусов. Некоторые приложения шаговых двигателей включают генераторы, плоттеры, изготовление схем и инструменты управления технологическим процессом.

2. Бесщеточный двигатель постоянного тока. Бесщеточные двигатели постоянного тока были разработаны для достижения высокого качества работы при меньшем занимаемом пространстве. Эти типы двигателей меньше, чем двигатели переменного тока. Отсутствие коммутатора и токосъемного кольца восполняется имплантацией контроллера в шаговый двигатель.

3. Двигатель с гистерезисом. Двигатель с гистерезисом имеет самую уникальную работу из всех двигателей. Это синхронный двигатель, в котором вращательная сила в роторе создается с использованием гистерезиса и вихревых токов. Движение в роторе достигается за счет вращающегося потока обмотки статора.

4. Реактивный двигатель. Этот тип двигателя представляет собой однофазный синхронный двигатель и обычно применяется в генераторах сигналов и регистраторах. Вспомогательная обмотка обеспечивает стабильную скорость двигателя.

Знаете ли вы?

Электрогенераторы – это оборудование, работающее в обратном направлении. Электрогенераторы производят электричество за счет вращения.

Как работает электродвигатель? Пэт Суонсон

Целью этой статьи будет краткое объяснение того, как работает двигатель. Короче говоря, электродвигатель «просто» преобразует электрическую энергию в механическую.
Электродвигатель буквально везде. От маленьких вентиляторов, которые вы слышите в своем компьютере, до устройства открывания двери в вашем гараже, до системы отопления в вашем доме, есть десятки элементов, на которые мы полагаемся каждый день, используя электродвигатель. Исторически они сыграли неотъемлемую роль в превращении машин, позволивших совершить промышленную революцию. По мере того, как они становятся меньше и эффективнее, наряду с аккумуляторными технологиями, мы продолжим видеть, как они заменяют двигатель внутреннего сгорания. По данным Министерства энергетики США, 62,6% промышленной электроэнергии в США потребляется электродвигателями.
Так как, черт возьми, они работают, спросите вы…
Мы все понимаем, как работают магниты, верно? Магниты имеют положительный и отрицательный полюс. Однополюсные отталкиваются, а противоположные притягиваются. Силы одноименных полюсов создают движение в электродвигателе.

Существует связь между электричеством, магнетизмом и движением. (А) Когда ток проходит по электрическому проводу, он создает вокруг себя магнитное поле. (B) Когда вы закручиваете провод, вы создаете небольшой электромагнит… обратите внимание на поляризацию, происходящую подобно традиционному магниту, упомянутому выше, с определенными Северным и Южным полюсами. (C) В 1820 году Эрстед Стерджен обнаружил, что, когда вы наматываете проволоку на железный сердечник, вы усиливаете силу этого магнитного поля.

Теперь, когда мы понимаем основное поведение магнитных полей и то, как электричество может их создавать, давайте посмотрим, как эта технология использовалась для разработки электродвигателя.

Так выглядит статор трехфазного асинхронного двигателя переменного тока. Красная, желтая и синяя катушки представляют собой три отдельные фазы, поступающие от промышленной энергосистемы.
Думайте о каждом из этих контуров как об отдельном независимом электромагните.

Современная промышленная энергетика состоит из 3 отдельных фаз с одинаковыми синусоидальными волнами, каждая из 3 волн смещена на 120 градусов друг от друга, как показано ниже. По мере того, как отдельные фазы циклически проходят через свои волновые формы, их электромагниты возбуждаются в 3 разных промежутка времени, создавая вращающееся магнитное поле.

А как же ротор… механическая часть двигателя?
Асинхронные двигатели имеют так называемый короткозамкнутый ротор. Глядя на него ниже, вы можете увидеть, откуда он получил свое название. Это похоже на колесо, внутри которого мог бы пробежать грызун, если бы оно было полым… а это не так.

Ротор состоит из стального сердечника с алюминиевыми или медными стержнями. Алюминий является более экономичным выбором по сравнению с медью. Слева вверху показан пример заполненного алюминием ротора…

Вместо установки ротора с отдельными стержнями в большинстве асинхронных двигателей мощностью менее 500 л. с. используются литые роторы. Расплавленный алюминий или медь создают стержни… вы можете увидеть, как эти стержни формируются на разрезе ниже. Выступы, выступающие с обоих концов, действуют как лопасти вентилятора, которые помогают выравнивать внутреннюю температуру внутри двигателя. Добавьте вал, и теперь у вас есть двигатель, вращающийся в сборе.

Давайте теперь все это соберем… Вставьте вращающийся узел в статор.

Когда вы возбуждаете статоры, вращая магнитное поле, напряжение индуцируется на стержнях ротора, создавая магнитное поле в роторе. Это тот же принцип, что и при зарядке телефона в беспроводном зарядном устройстве. Теперь подумайте о том, как одноименные полюса в обычном магните отталкиваются друг от друга. Помните, что магнитное поле в статоре двигателя вращается, это вращающееся поле толкает ротор под напряжением.

Вот так асинхронный двигатель превращает электрическую энергию в механическую. Просто… Верно?

Ссылки:

https://www. explainthatstuff.com/electricmotors.html

https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/04/f15/mtrmkt.pdf

https://www.electricaleasy.com/2014/02/working-principle-and-types-of.html#:~:text=Basic%20working%20principle%20of%20an%20Induction%20Motor&text=The%20relative% 20скорость%20между%20статором,производимая%20из-за%20до%20индуцированная%20ЭДС.

https://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Electricity%20and%20magnetism/Electromagnetism/text/Electromagnetic_fields/index.html

https://www.kebamerica.com/blog/how-a -3-фазный-асинхронный-двигатель-работает/

https://www.britannica.com/technology/electric-motor/Construction-of-induction-motors#:~:text=The%20stator%20frame% 20состоит%20из,а%20%20%20статора%20проводников.

https://en.wikipedia.org/wiki/Rotating_ Magnetic_field

https://en.wikipedia.org/wiki/Rotor_(electric)#:~:text=In%20a%20three%2Dphase%20induction,current %20 через%20%20ротор%20баров.

https://en.wikipedia.org/wiki/Squirrel-cage_rotor

https://www. hecoinc.com/blog/how-does-an-induction-electric-motors-rotor-work

Электрический двигатели и генераторы

Электродвигатели, генераторы, генераторы переменного тока и громкоговорители объясняются с помощью анимации и схем. Это ресурсная страница от Physclips, многоуровневое мультимедийное введение в физику (скачайте анимацию на этой странице). Схемы и работа различных типов двигателя Двигатели постоянного тока Двигатели и генераторы Генераторы ЭДС противодействия Универсальные двигатели Соберите простой двигатель Двигатели переменного тока (синхронные и шаговые двигатели) Асинхронные двигатели Электродвигатели с короткозамкнутым ротором Трехфазные асинхронные двигатели Линейные двигатели Униполярные двигатели и генераторы (отдельная страница). Громкоговорители Трансформаторы Генераторы переменного и постоянного тока Некоторые веб-ресурсы Схемы, показанные здесь, идеализированы, чтобы сделать принципы очевидными. Например, анимация справа имеет только одну проволочную петлю, без подшипников и очень простую геометрия. В реальных двигателях используются те же принципы, но их геометрия обычно сложно. Если вы уже понимаете основные принципы различных типов двигателей, вы можете сразу перейти к более сложные и тонкие случаи описаны в разделе Как работают настоящие электродвигатели, профессор Джон Стори. Двигатели постоянного тока Простой двигатель постоянного тока имеет катушку с проволокой, которая может вращаться в магнитном поле. ток в катушке подается через две щетки, контактирующие с подвижным контактом. разрезное кольцо. Катушка находится в постоянном магнитном поле. Приложенные силы на токоведущих проводах создают вращающий момент на катушке. Сила F, действующая на провод длиной L, по которому течет ток i в магнитном поле B равно iLB, умноженному на синус угла между B и i, который будет равен 9.0°, если поле было равномерно вертикальным. Направление F исходит справа ручное правило*, как показано здесь. Две показанные здесь силы равны и противоположны друг другу. но они смещены по вертикали, поэтому они создают крутящий момент. (Силы на две другие стороны катушки действуют вдоль одной и той же линии и поэтому не создают крутящего момента.) * Для запоминания направления силы используется ряд различных нэмоник. Кто-то использует правую руку, кто-то левую. Для учащихся, знакомых с векторным умножением, легко использовать силу Лоренца напрямую:  F = Q V x B , откуда F = I DL x B . Это происхождение диаграммы, показанной здесь. Катушку также можно рассматривать как магнитный диполь или маленький электромагнит, как указано стрелкой SN: согните пальцы правой руки в направление течения, а ваш большой палец — это северный полюс. В эскизе справа изображен электромагнит, образованный катушкой ротора. как постоянный магнит, и тот же крутящий момент (Север притягивает Юг) виден быть тем, что действует для выравнивания центрального магнита. Повсюду мы используем синий цвет для Северного полюса и красный цвет для Южного. Это просто условность, чтобы прояснить ориентацию: нет разницы в материале на обоих концах магнита, и они обычно не окрашены в разные цвета. Обратите внимание на влияние щеток на разрезное кольцо . Когда плоскость вращающейся катушки станет горизонтальной, щетки разорвут контакт (потеряно немного, потому что это и так точка нулевого крутящего момента – силы действовать внутрь). Угловой момент катушки уносит ее мимо этого разрыва. точка, и ток затем течет в противоположном направлении, которое меняет направление магнитный диполь. Итак, после прохождения точки останова ротор продолжает поворачиваться против часовой стрелки и начинает выравниваться в противоположном направлении. в В следующем тексте я буду в основном использовать картинку «крутящий момент на магните», но имейте в виду, что использование щеток или переменного тока может привести к тому, что полюса рассматриваемый электромагнит меняет положение, когда ток меняет направление. Крутящий момент, создаваемый за цикл, зависит от вертикального разделения две силы. Следовательно, она зависит от синуса угла между оси катушки и поля. Однако из-за разъемного кольца всегда в том же смысле. Анимация ниже показывает его изменение во времени, и вы может остановить его на любом этапе и проверить направление, прикладывая правую руку правило. Двигатели и генераторы Теперь двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока. Посмотрите следующую анимацию. катушка, разрезное кольцо, щетки и магнит точно такое же оборудование, как и двигатель выше, но катушка вращается, что создает ЭДС. Если вы используете механическую энергию для вращения катушки (N витков, площадь A) с равномерной угловая скорость ω в магнитном поле B , в катушке возникает синусоидальная ЭДС. ЭДС (ЭДС или электродвижущая сила — это почти то же самое, что и напряжение). Пусть θ будет угол между B и нормаль к катушке, поэтому магнитный поток φ равен NAB.cos θ. Закон Фарадея дает: Анимация выше будет называться генератором постоянного тока. Как и в двигателе постоянного тока, концы катушки соединяются с разъемным кольцом, две половины которого соприкасаются по кистям. Обратите внимание, что щетки и разрезное кольцо «выпрямляют» создаваемую ЭДС: контакты организованы так, что ток всегда будет течь в одном и том же направлении, потому что когда катушка поворачивается мимо мертвой точки, где щетки встречаются зазор в кольце, соединения между концами катушки и внешние клеммы перепутаны. ЭДС здесь (без учета мертвой зоны, которая обычно возникает при нуле вольт) равна |NBAω sin ωt|, как нарисовано. Генератор Если мы хотим AC, нам не нужна повторная проверка, поэтому нам не нужны разрезные кольца. (Этот это хорошая новость, потому что разрезные кольца вызывают искры, озон, радиопомехи и дополнительный износ. Если хочешь постоянного тока, часто лучше использовать генератор переменного тока и выпрямлять диодами.) В следующей анимации две щетки касаются двух непрерывных колец, поэтому две внешние клеммы всегда подключены к одним и тем же концам катушки. Результатом является невыпрямленная синусоидальная ЭДС, определяемая NBAω sin ωt, который показан в следующей анимации. Это генератор переменного тока. Преимущества переменного и постоянного тока генераторы сравниваются в разделе ниже. Мы видели выше, что двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока. Точно так же генератор переменного тока также является двигателем переменного тока. Однако, это довольно негибкий. (Смотри как настоящие электродвигатели работают для более подробной информации.) Обратная ЭДС Теперь, как показывают первые две анимации, двигатели постоянного тока и генераторы могут быть то же самое. Например, двигатели поездов становятся генераторами, когда поезд замедляется: они преобразуют кинетическую энергию в электрическую и помещают питание обратно в сеть. В последнее время некоторые производители начали выпускать легковые автомобили. рационально. В таких автомобилях электродвигатели, используемые для привода автомобиля, также используется для зарядки аккумуляторов при остановке автомобиля — это называется регенеративным торможение. Вот интересное следствие. Каждый двигатель является генератором . Это правда, в некотором смысле, даже когда он функционирует как двигатель. ЭДС этого двигателя генерирует называется обратной ЭДС . Противо-ЭДС увеличивается с скорость по закону Фарадея. Так что, если двигатель без нагрузки, он крутится очень быстро и разгоняется до противо-ЭДС, плюс падение напряжения из-за потерь, равно напряжению питания. Обратную ЭДС можно рассматривать как «регулятор»: он останавливает бесконечно быстрое вращение двигателя (тем самым избавляя физиков от некоторого смущения). Когда двигатель загружен, то фаза напряжения становится ближе к фазе тока (начинает выглядеть резистивным), и это кажущееся сопротивление дает напряжение. Итак, спина ЭДС необходима меньше, и двигатель вращается медленнее. (Чтобы добавить заднюю ЭДС, которая индуктивная, к резистивной составляющей нужно добавить напряжения которые не совпадают по фазе. См. AC схемы.) Катушки обычно имеют сердечники На практике (и в отличие от нарисованных нами схем) генераторы и постоянный ток двигатели часто имеют сердечник с высокой проницаемостью внутри катушки, так что большой магнитные поля создаются небольшими токами. Это показано слева на рисунок ниже, на котором статора (магниты стационарные) являются постоянными магнитами. Универсальные двигатели Магниты статора также могут быть выполнены в виде электромагнитов, как показано выше. справа. Два статора намотаны в одном направлении, чтобы дать поле в том же направлении, а ротор имеет поле, которое дважды меняет направление за цикл, потому что он связан со щетками, которые здесь не показаны. Один Преимущество обмотки статора в двигателе состоит в том, что можно сделать двигатель который работает на переменном или постоянном токе, так называемый универсальный двигатель . Когда вы едете такой двигатель с переменным током, ток в катушке изменяется дважды в каждом цикле (помимо изменений со щеток), но полярность статоров изменяется одновременно, поэтому эти изменения нейтрализуются. (К сожалению, кисти все же есть, хоть я и спрятал их в этом наброске. ) За достоинства и недостатки постоянного магнита по сравнению со статором с обмоткой см. ниже. Также см. больше на универсальных двигателях. Собери простой мотор Чтобы построить этот простой, но странный двигатель, вам понадобятся два довольно сильных магнита. (подойдут редкоземельные магниты диаметром около 10 мм, как и стержень большего размера). магниты), немного жесткой медной проволоки (не менее 50 см), два провода с крокодилом зажимы на обоих концах, шестивольтовая батарея для фонаря, две банки из-под безалкогольных напитков, два блока дерева, клейкой ленты и острого гвоздя. Сделайте катушку из жесткой медной проволоки, чтобы не требовалось никаких внешних поддерживать. Намотайте от 5 до 20 витков по кругу диаметром около 20 мм и два конца направлены радиально наружу в противоположных направлениях. Эти концы будут быть и осью, и контактами. Если провод имеет лаковую или пластиковую изоляцию, обрежьте его на концах. Опоры оси могут быть изготовлены из алюминия, поэтому чтобы они вступали в электрический контакт. Например, сделать дырки в безалкогольном напитке. банки с гвоздем, как показано на рисунке. Расположите два магнита с севера на юг, так что магнитное поле проходит через катушку под прямым углом к оси. Приклейте или приклейте магниты к деревянным брускам (не показаны). на схеме), чтобы держать их на нужной высоте, затем переместите блоки поставить их в положение, довольно близко к катушке. Сначала поверните катушку так что магнитный поток через катушку равен нулю, как показано на схеме. Теперь возьмите аккумулятор и два провода с зажимами типа «крокодил». Соединять две клеммы аккумулятора к двум металлическим опорам для катушка и она должна крутиться. Обратите внимание, что у этого двигателя есть по крайней мере одна «мертвая зона»: он часто останавливается в положении, когда на катушке нет крутящего момента. Не уходи это слишком долго: это быстро разрядит батарею. Оптимальное количество витков в катушке зависит от внутренней сопротивление аккумулятора, качество опорных контактов и тип провода, поэтому следует поэкспериментировать с разными значениями. Как было сказано выше, это тоже генератор, но очень неэффективный. Чтобы сделать большую ЭДС, используйте больше витков (может понадобиться использовать более тонкую проволоку и рамку, на которую ее можно намотать.) Вы можете использовать например, электрическая дрель, чтобы быстро повернуть ее, как показано на рисунке выше. С помощью осциллографа посмотрите на генерируемую ЭДС. Это переменный или постоянный ток? В этом двигателе нет разрезного кольца, так почему на ДК работает? Проще говоря, если бы он был точно симметричным, он бы не работал. Однако, если ток в одном полупериоде немного меньше, чем в другом, то средний крутящий момент не будет равен нулю, и, поскольку он вращается достаточно быстро, угловой момент, приобретенный в течение полупериода с большим током, переносит его через полупериод, когда крутящий момент направлен в противоположную сторону. По крайней мере, два эффекта могут вызвать асимметрию. Даже если провода идеально зачищены и провода чистые, контактное сопротивление вряд ли будет точно равным даже в состоянии покоя. Кроме того, само вращение вызывает прерывистый контакт, поэтому, если во время одной фазы происходят более длительные отскоки, этой асимметрии достаточно. В принципе, можно было бы частично зачистить провода таким образом, чтобы за один полупериод ток был равен нулю. Альтернативная версия простого двигателя от Джеймса. Тейлор. Еще более простой двигатель (который также намного проще для понимания!) является униполярным двигателем. Двигатели переменного тока С переменным током мы можем изменить направление поля без использования щеток. Это хорошая новость, потому что мы можем избежать дугового разряда, образования озона и омические потери энергии, которые могут повлечь за собой щетки. Далее, поскольку щетки соприкасаются между движущимися поверхностями, они изнашиваются. Первое, что нужно сделать в двигателе переменного тока, это создать вращающееся поле. ‘Обычный’ Переменный ток от 2- или 3-контактной розетки является однофазным переменным током — он имеет одну синусоидальную форму. разность потенциалов возникает только между двумя проводами — активным и нейтральным. (Обратите внимание, что провод заземления не пропускает ток, за исключением случаев электрические неисправности.) С однофазным переменным током можно создать вращающееся поле путем создания двух токов, которые не совпадают по фазе, с использованием, например, конденсатора. В показанном примере два тока равны 90° не по фазе, поэтому вертикальная составляющая магнитного поля синусоидальная, а горизонтальная — косусоидальная, как показано. Это дает поле, вращающееся против часовой стрелки. (* Меня попросили объяснить это: от простого переменного тока теории, ни катушки, ни конденсаторы не имеют напряжения в фазе с электрический ток. В конденсаторе напряжение максимально, когда заряд закончил течь на конденсатор, и вот-вот начнет течь. Таким образом, напряжение отстает от тока. В чисто индуктивной катушке падение напряжения наибольшее, когда ток изменяется наиболее быстро, что также, когда ток равен нулю. Напряжение (падение) опережает ток. В моторных катушках фазовый угол меньше 90, потому что электрический энергия превращается в механическую). В этой анимации графики показывают изменение токов во времени в вертикальных и горизонтальных катушках. График компонентов поля B x и B y показывает, что векторная сумма этих двух полей представляет собой вращающуюся поле. На основном рисунке показано вращающееся поле. Он также показывает полярность магнитов: как и выше, синий представляет северный полюс, а красный — южный полюс. Если мы поместим постоянный магнит в эту область вращающегося поля, или если мы поместим в катушке, ток которой всегда течет в одном и том же направлении, то это становится синхронный двигатель . В широком диапазоне условий двигатель будет вращаться со скоростью магнитного поля. Если у нас много статоров, вместо только двух пар, показанных здесь, мы могли бы рассматривать его как шаговый двигатель. двигатель: каждый импульс перемещает ротор к следующей паре задействованных полюсов. Пожалуйста, помните мое предупреждение об идеализированной геометрии: настоящие шаговые двигатели иметь десятки полюсов и довольно сложную геометрию! Асинхронные двигатели Теперь, поскольку у нас есть переменное во времени магнитное поле, мы можем использовать ЭДС индукции в катушке — или даже просто вихревые токи в проводнике — чтобы ротор магнит. Правильно, если у вас есть вращающееся магнитное поле, вы можете просто вставьте проводник и он крутится. Это дает несколько преимуществ асинхронные двигатели : отсутствие щеток или коллектора означает простоту изготовления, отсутствие износа, отсутствия искр, образования озона и связанных с этим потерь энергии. с ними. Слева внизу показана схема асинхронного двигателя. (Для фотографий настоящие асинхронные двигатели и более подробную информацию см. в разделе Индукция моторы.) Ваш браузер не поддерживает видео тег. Анимация справа представляет двигатель с короткозамкнутым ротором . Белка Клетка имеет (во всяком случае, в этой упрощенной геометрии!) два круглых проводника, соединенных несколькими прямыми стержнями. Любые два стержня и соединяющие их дуги образуют катушка — как показано синими черточками на анимации. (Только два из для простоты показано много возможных схем.) На этой схеме показано, почему их можно назвать двигателями с короткозамкнутым ротором. Реальность другая: фотографии и подробности см. в разделе «Индукция». моторы. Показана проблема с асинхронным двигателем и двигателем с короткозамкнутым ротором. в этой анимации то, что конденсаторы высокой стоимости и высокого номинального напряжения дорогие. Одним из решений является двигатель с экранированными полюсами, но его вращение поле имеет некоторые направления, где крутящий момент мал, и имеет тенденцию бежать назад при некоторых условиях. Самый простой способ избежать этого использовать многофазные двигатели. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока Однофазный используется в бытовых целях для маломощных приложений, но у него есть некоторые недостатки. Во-первых, он выключается 100 раз в секунду (вы не обратите внимание, что флуоресцентные лампы мерцают с такой скоростью, потому что ваши глаза слишком медленные: даже 25 кадров в секунду на телевизоре достаточно быстро, чтобы дать иллюзию непрерывного движения.) Во-вторых, это делает его неудобным для создания вращающихся магнитных полей. По этой причине некоторая большая мощность (несколько кВт) для бытовых устройств может потребоваться трехфазная установка. Промышленное применение широко используйте трехфазный двигатель, а трехфазный асинхронный двигатель является стандартным рабочая лошадка для приложений высокой мощности. Три провода (не считая земли) несут три возможные разности потенциалов, которые не совпадают по фазе с каждым другой на 120°, как показано на анимации ниже. Таким образом, три статора дают плавный вращающееся поле. (Посмотри это ссылка для получения дополнительной информации о трехфазном питании.) Если в такой набор статоров поместить постоянный магнит, он станет синхронным. трехфазный двигатель . На анимации показана беличья клетка, в которой для простота показана только одна из многих петель индуцированного тока. Без механической нагрузки, он вращается практически синхронно с вращающимся полем. Ротор не обязательно должен быть беличьей клеткой: на самом деле любой проводник, который переносимые вихревые токи будут вращаться, стремясь следовать за вращающимся полем. Эта договоренность может дать асинхронный двигатель с высокой эффективностью, высокая мощность и высокий крутящий момент в диапазоне скоростей вращения. Линейные двигатели Набор катушек можно использовать для создания магнитного поля, которое перемещается, а не чем вращается. Пара катушек на анимации ниже пульсирует от слева направо, поэтому область магнитного поля движется слева направо. А постоянный или электромагнит будет стремиться следовать за полем. Так бы и простой пластина из проводящего материала, поскольку в ней индуцируются вихревые токи (не показаны) содержат электромагнит. В качестве альтернативы мы могли бы сказать, что из теории Фарадея Согласно закону, в металлической пластине всегда индуцируется ЭДС, препятствующая любым изменениям. в магнитном потоке, а силы на токи, движимые этой ЭДС, удерживают поток в плите почти постоянный. (Вихревые токи на этой анимации не показаны.) В качестве альтернативы мы могли бы иметь наборы активных катушек в подвижной части, и вызвать вихревые токи в рельсе. В любом случае мы получаем линейный двигатель, что было бы полезно, скажем, для поездов на магнитной подвеске. (В анимации геометрия как обычно на этом сайте, сильно идеализирован, и только один вихревой ток показан.) Некоторые примечания о двигателях переменного и постоянного тока для мощных приложений Изначально этот сайт был создан, чтобы помочь старшеклассникам и учителей в Новом Южном Уэльсе, Австралия, где новая учебная программа концентрируется на истории и приложениях физики, в ущерб самой физике, был введен. В новой программе в одном из пунктов есть это загадочное требование: «объясните, что двигатели переменного тока обычно производят маломощные и связывают это с их использованием в электроинструментах». Двигатели переменного тока используются для приложений высокой мощности, когда это возможно. Три фазные асинхронные двигатели переменного тока широко используются для приложений большой мощности, в том числе тяжелая промышленность. Однако такие двигатели непригодны, если нет многофазности, т. к. или трудно доставить. Электрички тому пример: проще строить линии электропередач и пантографы, если нужен только один активный проводник, так что это обычно имеет постоянный ток, и многие двигатели поездов работают на постоянном токе. Однако из-за недостатков постоянного тока для высокой мощности, более современные поезда преобразуют постоянный ток в переменный, а затем запускают трехфазные двигатели. Однофазные асинхронные двигатели имеют проблемы с приложениями, объединяющими высокая мощность и гибкие условия нагрузки. Проблема заключается в производстве вращающееся поле. Конденсатор можно использовать, чтобы поместить ток в один набор катушки впереди, но высокая стоимость, высоковольтные конденсаторы дороги. Затененный вместо них используются полюса, но при некоторых углах крутящий момент невелик. Если человек не может создают плавно вращающееся поле, и если груз «проскальзывает» далеко за поле, то крутящий момент падает или даже меняется на противоположное. В электроинструментах и ​​некоторых бытовых приборах используются щеточные двигатели переменного тока. Кисти представляют потери (плюс искрение и образование озона). Полярность статора изменена 100 раз в секунду. Даже если материал сердечника выбран для минимизации гистерезиса потери («железные потери»), это способствует неэффективности и возможности перегрева. Эти моторы можно назвать «универсальными». двигатели, потому что они могут работать на постоянном токе. Это решение дешевое, но грубое и неэффективно. Для приложений с относительно низким энергопотреблением, таких как электроинструменты, неэффективность обычно не имеет экономического значения. Если доступен только однофазный переменный ток, можно выпрямить переменный ток и использовать Двигатель постоянного тока. Раньше сильноточные выпрямители были дорогими, но сейчас менее дорогие и более широко используемые. Если вы уверены, что понимаете принципы, пришло время перейти к Как настоящие электродвигатели работы Джона Стори. Или же продолжить здесь, чтобы найти про громкоговорители и трансформаторы. Громкоговорители Громкоговоритель представляет собой линейный двигатель с небольшим диапазоном. Он имеет одно движение катушка, которая постоянно, но гибко подключена к источнику напряжения, поэтому нет кистей. катушка движется в поле постоянного магнита, который обычно имеет форму для создания максимальной силы на катушке. Подвижная катушка не имеет сердечника, поэтому его масса мала, и его можно быстро разогнать, что позволяет частотное движение. В громкоговорителе катушка прикреплена к легкому грузу. бумажный конус, который поддерживается на внутреннем и внешнем краях круглыми, гофрированные бумажные «пружины». На фотографии ниже динамик находится за пределами нормальный верхний предел его перемещения, поэтому катушка видна над магнитные полюса. Для низкочастотного звука с большой длиной волны нужны большие конусы. Показанный ниже динамик имеет диаметр 380 мм. Динамики, предназначенные для низкие частоты называются вуферами. Они имеют большую массу и поэтому трудно быстро ускориться для высокочастотных звуков. На фотографии ниже часть вырезана, чтобы показать внутренние компоненты. ВЧ-динамики — громкоговорители, предназначенные для высоких частот — могут быть только динамики аналогичной конструкции, но с небольшими диффузорами и катушками малой массы. В качестве альтернативы они могут использовать пьезоэлектрические кристаллы для перемещения конуса. Динамики представляют собой линейные двигатели со скромным диапазоном — возможно, десятки мм. Подобные линейные двигатели, хотя, конечно, без бумажного конуса, часто используется для радиального перемещения считывающей и записывающей головок на дисководе. Громкоговорители в качестве микрофонов На картинке выше вы можете видеть, что картонная диафрагма (диффузор громкоговорителя) соединена с катушкой провода в магнитном поле. Если звуковая волна перемещает диафрагму, катушка будет двигаться в поле, генерируя напряжение. Это принцип динамического микрофона, хотя в большинстве микрофонов диафрагма гораздо меньше, чем диффузор громкоговорителя. Итак, громкоговоритель должен работать как микрофон. Это хороший проект: все, что вам нужно, это громкоговоритель и два провода, чтобы подключить его к входу осциллографа или микрофонному входу вашего компьютера. Два вопроса: как вы думаете, что масса конуса и катушки повлияет на частотную характеристику? Как насчет длины волны звуков, которые вы используете? Внимание: настоящие моторы сложнее Эскизы двигателей были схематичными, чтобы показать принципы. Пожалуйста, не сердитесь, если, когда вы разбираете двигатель, он выглядит более сложный! (Смотри как работают настоящие электродвигатели. ) Например, типичный двигатель постоянного тока вероятно, будет иметь много отдельно намотанных катушек для создания более плавного крутящего момента: всегда есть одна катушка, для которой синусоидальный член близок к единице. Это показано ниже для двигателя с обмоткой статора (вверху) и постоянные статоры (ниже). Трансформаторы На фотографии изображен трансформатор, предназначенный для демонстрационных целей: первичная и вторичная катушки четко разделены и могут быть удалены и заменяется подъемом верхней секции сердечника. Для наших целей обратите внимание что в левой катушке меньше витков, чем в правой (вставки показать крупный план). На схеме и схеме показан повышающий трансформатор. Чтобы сделать понижающий трансформатор, нужно только поставить источник справа, а нагрузку слева. ( Важно примечание по технике безопасности : для настоящего трансформатора вы можете «подключить его только задом наперёд». только после проверки соответствия номинального напряжения.) Итак, как трансформатор работает? Сердечник (заштрихован) имеет высокую магнитную проницаемость, т.е. материал, образующий магнитное поле гораздо легче, чем свободное пространство, из-за ориентации атомных диполей. (На фотографии сердечник — ламинированное мягкое железо.) В результате поле концентрируется внутри ядра и почти никакие силовые линии не выходят из ядра. Если следует, что магнитные потоки φ через первичный и вторичный примерно равны, как показано. От Фарадея закона, ЭДС в каждом витке, будь то в первичной или вторичной обмотке, равна −dφ/dt. Если пренебречь сопротивлением и другими потерями в трансформаторе, вывод напряжение равно ЭДС. Для N р витков первички, это дает V p = − N p .dφ/dt . Для N s витков вторичной обмотки это дает V с = − N с . φ/dt Разделение этих уравнений дает уравнение трансформатора V s /V p = N s /N p = r. где r — коэффициент поворота. Что с текущим? Если пренебречь потерями в трансформатора (см. раздел об эффективности ниже), и если мы предположим, что напряжение и ток имеют одинаковые фазовые соотношения в первичной и вторично, то из закона сохранения энергии мы можем написать в стационарном состоянии: Так что ничего даром не получишь: повышаешь напряжение — уменьшаешь ток (как минимум) на тот же коэффициент. Обратите внимание, что на фотографии катушка с большим количеством витков имеет более тонкий провод, потому что она рассчитана на меньшее количество витков. ток, чем тот, с меньшим количеством витков. В некоторых случаях целью упражнения является уменьшение силы тока. В силе линиях электропередач, например, мощность, теряемая при нагреве проводов из-за к их ненулевому сопротивлению пропорционально квадрату тока. Таким образом, при передаче электроэнергии от электростанции экономится много энергии. в город на очень высоком напряжении, так что токи только скромные. Наконец, и снова предполагая, что трансформатор идеален, давайте спросим, ​​что резистор во вторичной цепи «похож» на первичную цепь. В первичном контуре: R/r 2 называется отраженным сопротивлением . при условии, что частота не слишком высока, и при условии наличия сопротивления нагрузки (условия обычно встречается в практических трансформаторах), индуктивное сопротивление первичной намного меньше, чем это отраженное сопротивление, поэтому первичная цепь ведет себя как если бы источник управлял резистором со значением R/r 2 . Эффективность трансформаторов На практике настоящие трансформаторы имеют КПД менее 100%. Во-первых, в катушках имеются резистивные потери (мощность потерь I 2 .r). Для данного материала сопротивление катушек можно уменьшить, сделав их сечение велико. Удельное сопротивление также можно уменьшить, используя медь высокой чистоты. (См. дрейф скорость и закон Ома.) Во-вторых, в сердечнике есть потери на вихревые токи. Это может быть уменьшается за счет ламинирования сердцевины. Ламинирование уменьшает площадь контуров в сердечнике, а так уменьшить ЭДС Фарадея, а так ток протекающий в ядре, и поэтому энергия при этом теряется. В-третьих, в сердечнике есть гистерезисные потери. намагниченность и кривые размагничивания для магнитных материалов часто немного отличаются (гистерезис или зависимость от истории), а это означает, что энергия, необходимая намагнитить сердечник (пока ток растет) не совсем восстанавливается при размагничивании. Разница в энергии теряется в виде тепла в ядре. Наконец, геометрический дизайн, а также материал сердцевины могут быть оптимизирована для обеспечения того, чтобы магнитный поток в каждой катушке вторичной обмотки примерно такой же, как и в каждой обмотке первичной обмотки. Подробнее о трансформаторах: генераторы переменного и постоянного тока Трансформаторы работают только от переменного тока, что является одним из больших преимуществ переменного тока. Трансформеры позволяют снизить напряжение 240 В до удобного уровня для цифровой электроники (всего несколько вольт) или для других маломощных приложений (обычно 12 В). Трансформеры повышайте напряжение для передачи, как упоминалось выше, и понижайте для безопасного распределение. Без трансформаторов потери электроэнергии в распределении сети, и без того высокие, были бы огромными. Возможно преобразование напряжения на постоянном токе, но сложнее, чем на переменном токе. Кроме того, такие преобразования часто неэффективно и/или дорого. Преимущество переменного тока в том, что его можно использовать на двигателях переменного тока, которые обычно предпочтительнее двигателей постоянного тока для приложений с высокой мощностью. Другие ресурсы от нас Как настоящие электродвигатели работы Джона Стори. На этом сайте много фотографий реальных моторов и обсуждение их сложностей, преимуществ и недостатки. Physclips – волны и звук. Это наш новый проект, который начинается с главы о колебаниях. Электричество и магнетизм в теории относительности Эйнштейна Часто задаваемые вопросы для средней школы физика. Первоначально созданный для учителей и учащихся, использующих New Программа Южного Уэльса. Доска вопросов и ответов для задачи по физике в средней школе. Первоначально созданный для учителей и студенты, использующие программу Нового Южного Уэльса. Основной сайт AC. RC фильтры, интеграторы и дифференциаторы. ЖК-резонанс. Мощность в цепях переменного тока, среднеквадратичные значения. Ссылка на Джо образовательные страницы. Некоторые внешние ссылки на веб-ресурсы по двигателям и генераторам Гиперфизика: Электродвигатели с сайта HyperPhysics в штате Джорджия. Отлично сайт габаритный, а моторная секция идеально подходит для этой цели. Хороший использование веб-графики. Использует двигатели постоянного, переменного и асинхронного тока и имеет обширный ссылки Громкоговорители.. Еще больше полезного от Гиперфизики штата Джорджия. Хорошая графика, хорошие пояснения и ссылки. Этот громкоговоритель сайт также включает вложения. http://members.tripod.com/simplemotor/rsmotor.htm А сайт с описанием двигателя, построенного студентами. Ссылки на другие двигатели, построенные компанией тот же студент и ссылки тоже на сайты про моторы. http://www.specamotor.com А сайт, который сортирует двигатели от различных производителей в соответствии со спецификациями, введенными пользователем. В чем разница между наличием постоянных магнитов и наличие электромагнитов в двигателе постоянного тока? Делает ли это его более эффективным или более могущественный? Или просто дешевле? Когда я получил этот вопрос на Высшем Школьная доска объявлений по физике, я отправил ее Джону Стори, который, будучи выдающимся астрономом, является строителем. электромобилей. Вот его ответ: В целом, для небольшого двигателя намного дешевле использовать постоянные магниты. Материалы для постоянных магнитов продолжают совершенствоваться и стали настолько недорогими что даже правительство иногда будет присылать вам бессмысленные магниты на холодильник через пост. Постоянные магниты также более эффективны, потому что тратится на создание магнитного поля. Так зачем вообще использовать раневое поле Двигатель постоянного тока? Вот несколько причин: Если вы строите действительно большой двигатель, вам нужен очень большой магнит и в какой-то момент раневое поле может подешеветь, особенно если очень сильное магнитное поле необходимо для создания большого крутящего момента. Имейте это в виду если вы проектируете поезд. По этой причине большинство автомобилей имеют стартеры. которые используют раневое поле (хотя в некоторых современных автомобилях сейчас используется постоянное магнитные двигатели). С постоянным магнитом магнитное поле имеет фиксированное значение (это что значит «постоянный»!) Напомним, что крутящий момент, создаваемый двигателем заданная геометрия равна произведению тока через якорь и напряженность магнитного поля. С двигателем с раневым полем у вас есть возможность изменения тока через поле и, следовательно, изменение характеристики двигателя. Это открывает ряд интересных возможностей; Вы включаете обмотку возбуждения последовательно с якорем, параллельно, или кормить его из отдельно контролируемого источника? Пока достаточно крутящий момент для преодоления нагрузки на двигатель, внутреннего трения и т. д., чем слабее магнитное поле, тем *быстрее* будет вращаться двигатель (при фиксированном Напряжение). Сначала это может показаться странным, но это правда! Итак, если вы хотите двигатель, который может создавать большой крутящий момент в состоянии покоя, но при этом вращаться до высоких скорости, когда нагрузка низкая (как продвигается этот дизайн поезда?), возможно, поле раны является ответом. Если вы хотите, чтобы ваш двигатель работал как от переменного, так и от постоянного тока (так называемый «универсальный» двигатель), магнитное поле должно менять свою полярность каждые полпериода Мощность переменного тока, чтобы крутящий момент на роторе всегда был в одном направлении. Очевидно, вам нужен двигатель раневого поля, чтобы добиться этого трюка. Мнения, выраженные в этих заметках, принадлежат мне и не обязательно отражают политика Университета Нового Южного Уэльса или Школы физики. анимация была сделана Джорджем Хацидимитрис. Джо Вулф / [email protected]/ 61-2-9385 4954 (UT +10, +11 окт-март)

Электродвигатель: физика, эффективность и типы

Большинство из нас используют электродвигатели каждый день; питание электрической зубной щетки по утрам, вращение вентиляторов для охлаждения компьютера или запуск двигателя в автомобиле. Эти устройства преобразуют электрическую энергию в механическую и делают это с помощью всего одной движущейся части! В этой статье объясняются основные принципы работы электродвигателя, его компоненты, а также некоторые распространенные типы и области применения электродвигателей.

Электродвигатель Определение

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, которое преобразует входную электрическую энергию в выходную механическую энергию. В двигателях постоянного тока это достигается в первую очередь за счет взаимодействия стационарного магнитного статора и электромагнитного ротора, создающего силу, это известно как моторный эффект.

Провод, по которому течет ток, создает магнитное поле вокруг провода. Когда это электромагнитное поле взаимодействует с другим магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом или электромагнитом, на провод действует сила.

Величина силы зависит от напряженности постоянного магнитного поля, длины провода, проходящего через поле, и величины тока, определяемой уравнением моторного эффекта. Двигательный эффект наиболее силен, когда провод / ток и магнитное поле расположены под углом 90 ° друг к другу, при этом сила эффекта уменьшается до нуля, если провод и магнитное поле параллельны.

(слева) Схема моторного эффекта, показывающая взаимодействие провода с током с магнитным полем, создающим силу на проводе. (справа) Левосторонний инструмент Флеминга — способ определения направления силы на проволоке. Изучайте умные оригиналы.

сила в ньютонах

плотность магнитного потока в теслах

сила тока в амперах

длина проводника в метрах с помощью которого можно легко определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Используя левую руку, держите большой, указательный и средний пальцы под прямым углом друг к другу, как показано выше. Затем укажите указательным пальцем в направлении магнитного поля (с севера на юг), а средним пальцем в направлении тока (+ к -). Затем ваш большой палец указывает в направлении результирующей силы на проводе!

Типы электродвигателей

Существует бесчисленное множество различных вариантов конструкции электродвигателя для различных применений, но они делятся на две основные категории: двигатели переменного тока (AC) и двигатели постоянного тока (DC).

Двигатели постоянного тока

Простейшая форма двигателя постоянного тока состоит из стационарного магнитного поля и проводящей катушки, соединенной с коммутатором с разъемным кольцом, который подключается к источнику питания постоянного тока через щетки. 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. Росс Макдональд, StudySmarter Originals.

Теперь давайте пошагово рассмотрим, как работает двигатель постоянного тока:

1. Когда на щетки подается напряжение, коммутатор с разъемным кольцом передает это напряжение на катушку, которая создает ток в катушке. Катушка с током находится в магнитном поле, поэтому эффект двигателя создает противоположную силу на каждой стороне катушки, поскольку ток течет в противоположных направлениях. Это создает вращающую силу на катушке, и в этом примере двигатель начинает вращаться против часовой стрелки.

2. После поворота на 90 градусов от исходного положения коммутатор с разъемным кольцом меняет направление тока на обратное. Это приводит к тому, что сторона катушки в верхней части вращения теперь испытывает силу, направленную вниз, а сторона катушки в нижней части двигателя испытывает силу, направленную вверх. В сочетании с импульсом от начального вращения это продолжает ускорять катушку при вращении против часовой стрелки.

3. После поворота еще на 180° коммутатор с разъемным кольцом снова меняет направление тока и направление сил, действующих на катушку. Это ускоряет катушку на следующем полуобороте, и эта последовательность продолжается, пока двигатель вращается.

Коммутатор с разъемным кольцом используется для надежного переключения направления тока в катушке с той же скоростью, что и двигатель. Как видно на схеме выше, коммутатор с разъемным кольцом состоит из двух полуцилиндрических проводников, прикрепленных к каждому концу катушки двигателя. Щетки проводят ток от источника питания на две половины коллектора с разъемным кольцом.

Когда двигатель вращается, коллектор с разрезным кольцом вращается вместе с ним. Поскольку щетки остаются неподвижными, это приводит к тому, что каждая сторона коллектора с разрезным кольцом контактирует с положительной щеткой на один полуоборот, а с отрицательной щеткой на другой полуоборот. Это приводит к тому, что полярность напряжения, подаваемого со щеток на катушку, меняется каждые пол-оборота, а также меняет направление тока.

Поскольку щетки и коллектор с разрезным кольцом работают при помощи физического скользящего контакта, часто это первая часть двигателя постоянного тока, которую необходимо заменить по мере износа щеток.

Для увеличения мощности двигателя постоянного тока существует три основных подхода:

• Увеличение силы магнитного поля. Это увеличивает член в уравнении моторного эффекта, создавая большую силу на катушке.

• Добавление дополнительных витков (петлей) в катушку. Это увеличивает общую длину катушки, увеличивая член в уравнении моторного эффекта и создавая большую силу.

• Использование более высокого тока в катушке. Это увеличивает член в уравнении двигательного эффекта, создавая большую силу.

Производительность также можно улучшить, добавив железный сердечник к ротору электромагнита, как показано на более типичном двигателе постоянного тока ниже.

Схема типичного двигателя постоянного тока, показывающая катушку ротора с множеством контуров и железным сердечником для повышения производительности. Википедия.

Бесщеточный двигатель постоянного тока более совершенным типом. Как следует из названия, основное отличие этого типа двигателя заключается в том, что он не имеет коллектора с разрезным кольцом или щеточных компонентов. Вместо этого полярность напряжения питания постоянного тока изменяется в цифровом виде с помощью полупроводникового контроллера. Преимущество этого заключается в повышенной надежности, поскольку щетки в щеточных двигателях часто изнашиваются и требуют замены, а также в целом обеспечивает лучшую производительность.

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 источнике питания переменного тока напряжение изменяется синусоидально от положительного к отрицательному, как показано ниже. Когда переменное напряжение подается на обмотки катушки статора электромагнита, переменное напряжение создает переменное магнитное поле. В двигателе переменного тока это переменное магнитное поле используется для создания вращающей силы на роторе и вращения двигателя. Коммутатор с разъемным кольцом больше не нужен, так как направление тока меняется на противоположное при подаче переменного тока.

(Вверху) — Синусоидальное изменение напряжения в сети переменного тока. (Внизу) — Соответствующая сила и направление магнитного поля, создаваемого электромагнитом с приложенным переменным напряжением. Росс Макдональд, StudySmarter Originals

Функции электродвигателей

Электродвигатели используются в бесчисленных устройствах, с которыми мы взаимодействуем каждый день. В бытовых устройствах обычно используется двигатель постоянного тока, если они питаются от батареи, и двигатель переменного тока, если они питаются от сети. Это делается для того, чтобы избежать преобразования источника питания с переменного тока на постоянный или наоборот, что снизит эффективность и увеличит стоимость из-за необходимых дополнительных компонентов. Ниже вы можете увидеть применение двигателей постоянного и переменного тока в повседневном использовании.

Домохозяйства DC Motors :

• Электрическая зубная щетка
• Охлаждающий вентилятор ноутбука
• Дистанционно-контролируемый автомобиль
• ДОПОЛНЕНИЯ БАКАТРИЯ
• Vibration Motor 9003 2
• 29292929292929292. Мотовой мотоцикл 9003 9002 29002 29002 29002 29002 29003 29002 29002 Motor Motor
• 292929292929292. Мотор 9003 2 9003 Motor
92929292929229292 Motor Motor
• 29292929292929292. Мотовой мотоцикл. :
  • Вытяжка
  • Кухонный миксер
  • Пылесос
  • Стиральная машина
  • Микроволновая печь

  Расчет мощности электродвигателя

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

  Выходная мощность электродвигателя

  Поскольку мощность равна энергии в секунду, мы можем рассчитать выходную механическую мощность двигателя, измерив время, необходимое для выполнения известного объема работы. В простом эксперименте для этого можно было бы использовать двигатель, поднимающий массу, наматывая ее на веревку.

  Мы знаем, что выполненная работа равна произведению силы на расстояние, на которое она приложена:

  Механическая мощность двигателя (то есть выходная мощность двигателя) находится путем деления количества выполненной полезной работы на количество секунд, затраченных на выполнение этой работы.

  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.

  КПД электродвигателя

  Эффективность устройства — это способ измерения того, сколько вложенной энергии преобразуется в полезную выходную энергию. Общая формула КПД устройства:

  Для электродвигателя входная мощность является электрической, а выходная — механической. Основным источником ненужной энергии в электродвигателе является тепло – оно производится как электрическим сопротивлением катушек проволоки, так и трением между движущимися и неподвижными компонентами.

  КПД двигателя можно рассчитать, разделив полезную выходную механическую мощность на общую потребляемую электрическую мощность. Это преобразуется в процентную эффективность путем умножения на 100.

  Поднятие веса на вертикальное расстояние требует работы. Двигатель тянет на на , чтобы поднять вес. Найти:

  1. Потребляемая мощность двигателя.
  2. Выходная мощность двигателя.
  3. Эффективность двигателя.

  Входная мощность

  Входная мощность двигателя определяется путем умножения напряжения на потребляемый ток: выполняется за время (в секундах), затраченное на выполнение работы:

  КПД двигателя

  КПД двигателя рассчитывается путем нахождения доли входной мощности, которая преобразуется двигателем в полезную выходную мощность. Чтобы найти КПД в процентах, умножаем соотношение на 100:

  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.