Danas je nemoguće zamisliti ljudsku civilizaciju i društvo visoke tehnologije bez električne energije. Jedan od glavnih uređaja koji osiguravaju rad električnih uređaja je motor. Ovaj stroj ima široku primjenu: od industrije (ventilatori, drobilice, kompresori) do uporabe u kućanstvu ( perilice rublja, bušilice itd.). Ali koji je princip rada elektromotora?
Motori sa sljedećim polovima nisu jednobrzinski dizajn. Ponekad se motori namotavaju s potpuno odvojenim, više namota, što im daje bilo koju kombinaciju željenih brzina. Ovaj električni motor je radio jako dobro i jednog dana se misteriozno ugasio. Električar je pronašao dva pregorjela osigurača, koja je potom zamijenio.
Nakon pregleda, električar je otkrio da su ista dva osigurača ponovno pregorjela. Kad bi vas zamolili da pomognete u rješavanju problema s ovim krugom motora, što biste preporučili kao sljedeći korak? Jasno je da nešto nije u redu sa strujnim krugom ako i dalje puše na ista dva osigurača. Dakle, odgovor nije "instalirajte veće osigurače!"
Svrha
Princip rada elektromotora i njegovi glavni ciljevi su prijenos mehaničke energije potrebne za odvijanje tehnoloških procesa na radne dijelove. Sam motor ga proizvodi pomoću električne energije potrošene iz mreže. U osnovi, princip rada elektromotora je pretvaranje električne energije u mehaničku. Količina mehaničke energije koju proizvodi u jednoj jedinici vremena naziva se snaga.
Bilo bi vrijedno nastaviti odgovorom na ovo pitanje: Koja vrsta krivnje obično pregori osigurač? Koje vrste testova biste mogli izvesti na takvom strujnom krugu da pronađete ove vrste grešaka? Imajte na umu da se električni motori ponašaju sasvim drugačije od mnogih drugih vrsta opterećenja. Ovo je elektromehanički uređaj, tako da problem možda nije ograničen samo na električne kvarove!
Ovo bi pitanje trebalo potaknuti zanimljivu raspravu! Zanimljiv "zaokret" u ovom problemu je pretpostavka da se sam motor dobro testira kada se testira ohmmetrom i da se njegova osovina može slobodno okretati rukom. Što bi sada mogao biti izvor problema?
Vrste motora
Ovisno o karakteristikama opskrbne mreže, mogu se razlikovati dvije glavne vrste motora: istosmjerni i izmjenični. Najčešći su motori sa sekvencijalnom, neovisnom i mješovitom uzbudom. Primjeri motora uključuju sinkrone i asinkrone strojeve. Unatoč prividnoj raznolikosti, dizajn i princip rada elektromotora bilo koje namjene temelje se na interakciji vodiča s strujom i magnetskim poljem ili trajnog magneta (feromagnetskog objekta) s magnetskim poljem.
Piezoelektricitet su otkrila dva francuska znanstvenika braća, Jacques i Pierre Curie. Naučili su o piezoelektričnosti nakon što su prvi put shvatili da pritisak primijenjen na kvarc ili čak određene specifične kristale stvara električni naboj u tom specifičnom materijalu. Kasnije su taj čudni i znanstveni fenomen nazvali piezoelektrični učinak.
Braća Curie ubrzo su otkrila obrnuti piezoelektrični efekt. To je bilo nakon što su to potvrdili kada električno polje bio prisiljen u kristal, uzrokovao je malformaciju ili poremećaj na olovnom kristalu, koji se sada naziva inverzni piezoelektrični učinak.
Okvir sa strujom - prototip motora
Glavna točka u takvoj stvari kao što je princip rada elektromotora može se nazvati pojavom okretnog momenta. Ovaj fenomen se može razmotriti na primjeru okvira sa strujom, koji se sastoji od dva vodiča i magneta. Struja se dovodi do vodiča preko kliznih prstenova, koji su pričvršćeni na os rotirajućeg okvira. U skladu s poznatim pravilom lijeve ruke, na okvir će djelovati sile koje će stvoriti okretni moment oko osi. Pod utjecajem te ukupne sile okretat će se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Poznato je da je ovaj moment izravno proporcionalan magnetskoj indukciji (B), (I), površini okvira (S) i ovisi o kutu između linija polja i osi potonjeg. Međutim, pod utjecajem trenutka koji se mijenja u svom smjeru, okvir će izvoditi oscilatorna kretanja. Što učiniti za obrazovanje stalni smjer? Ovdje postoje dvije opcije:
Pojam piezoelektricitet dolazi od grčke riječi piezo, što znači stisnuti ili pritisnuti. Zanimljivo je da električni znači jantar na grčkom. Pokazalo se da je i Amber izvor električno punjenje. 2. Danas mnogi elektronički uređaji koriste piezoelektricitet. Ovaj piezo kristal pretvara zvučnu energiju u vaš glas i mijenja ga u električni signali za vaše računalo ili telefon. 3 Uz piezoelektricitet sve postaje moguće. Stvaranje raznih naprednijih tehnologija može se pratiti do otkrića piezoelektriciteta.
- promijeniti smjer električna struja u okviru i položaj vodiča u odnosu na polove magneta;
- promijeniti smjer samog polja, unatoč činjenici da se okvir okreće u istom smjeru.
Prva opcija se koristi za motore istosmjerna struja. A drugi je princip rada elektromotora. naizmjenična struja.
Danas vidimo razvoj sve više piezoelektričnih materijala i uređaja. Kao što je navedeno, kompresija piezoelektričnog materijala proizvodi elektricitet. Slika 1 objašnjava koncept. Piezo keramički materijal- neprovodljiva piezoelektrična keramika ili kristal - postavljena između dvije metalne ploče. Generiranje piezoelektriciteta zahtijeva komprimiranje ili komprimiranje materijala. Mehanički stres primijenjen na piezoelektrični keramički materijal stvara električnu energiju.
Kao što je prikazano na Sl. 1, postoji naponski potencijal na materijalu. Dvije metalne sendvič ploče od piezokristala. Stoga se piezoelektrični učinak ponaša poput minijaturne baterije jer proizvodi električnu energiju. Ovo je izravni piezoelektrični učinak. Uređaji koji koriste izravni piezoelektrični učinak uključuju mikrofone, senzore tlaka, hidrofone i mnoge druge osjetljive vrste uređaja.
Promjena smjera struje u odnosu na magnet
Da bi se promijenio smjer gibanja nabijenih čestica u vodiču okvira sa strujom, potreban je uređaj koji bi taj smjer podešavao ovisno o položaju vodiča. Ovaj dizajn se ostvaruje upotrebom kliznih kontakata, koji služe za napajanje okvira strujom. Kada jedan prsten zamijeni dva, kada se okvir okrene za pola kruga, smjer struje se mijenja u suprotan, ali ga zakretni moment održava. Važno je uzeti u obzir da je jedan prsten sastavljen od dvije polovice, koje su međusobno izolirane.
Piezoelektrični efekt može biti obrnut, što se naziva inverzni piezoelektrični efekt. Ovo se stvara primjenom električni napon kako bi se piezoelektrični kristal smanjio ili proširio. Inverzni piezoelektrični efekt pretvara električna energija na mehanički.
Korištenje inverznog piezoelektričnog efekta može pomoći u razvoju uređaja koji generiraju i stvaraju akustične zvučne valove. Primjeri piezoelektričnih akustičnih uređaja su zvučnici ili zujalice. Prednost posjedovanja ovih zvučnika je ta što su vrlo tanki, što ih čini korisnim u brojnim telefonima. Čak i medicinski ultrazvučni i sonarni pretvornici koriste inverzni piezoelektrični učinak. Neakustični inverzni piezoelektrični uređaji uključuju motore i aktuatore.
Dizajn istosmjernog stroja
Gornji primjer je princip rada istosmjernog motora. Pravi stroj, naravno, ima složeniji dizajn, koristeći desetke okvira koji tvore namot armature. Vodiči ovog namota smješteni su u posebne utore u cilindričnoj feromagnetskoj jezgri. Krajevi namota spojeni su na izolirane prstenove koji tvore kolektor. Namot, komutator i jezgra su armatura koja se okreće u ležajevima na tijelu samog motora. Uzbudno magnetsko polje stvaraju polovi stalnih magneta koji se nalaze u kućištu. Namot je spojen na opskrbnu mrežu, a može se uključiti neovisno o krugu armature ili serijski. U prvom slučaju, elektromotor će imati neovisnu pobudu, u drugom - sekvencijalno. Postoji i dizajn s mješovitom pobudom, kada se odjednom koriste dvije vrste spojeva namota.
Piezoelektrični materijali su materijali koji mogu proizvoditi elektricitet uslijed mehaničkog naprezanja kao što je kompresija. Ovi se materijali također mogu deformirati kada se primijeni stres. Svi piezoelektrični materijali nisu vodljivi tako da se može pojaviti i djelovati piezoelektrični učinak. Mogu se podijeliti u dvije skupine: kristali i keramika. 4.
Ovi umjetnih materijala imaju izraženiji učinak od kvarca i drugih prirodnih piezoelektričnih materijala. Kvarc, poznati piezoelektrični materijal, također je prvi poznati piezoelektrični materijal. Obično se koristi za proizvodnju ultrazvučnih pretvarača, keramičkih kondenzatora i drugih senzora i pokretača. Također ima poseban niz različitih svojstava.
Sinkroni stroj
Princip rada sinkronog elektromotora je potreba za stvaranjem rotirajućeg magnetskog polja. Zatim trebate smjestiti vodiče koji teku oko konstantne struje u ovom polju u ovo polje. Princip rada sinkronog elektromotora, koji je postao vrlo raširen u industriji, temelji se na gornjem primjeru sa strujnim okvirom. Okretno polje koje stvara magnet generira sustav namota koji su spojeni na napajanje. Obično se koristi trofazni namoti, međutim, princip rada izmjenične struje neće se razlikovati od trofazne, osim možda po broju samih faza, što nije značajno s obzirom na značajke dizajna. Namoti su postavljeni u utore statora s određenim pomakom po obodu. To se radi kako bi se stvorilo rotirajuće magnetsko polje u formiranom zračnom rasporu.
Barijev titanat je feroelektrični keramički materijal s piezoelektričnim svojstvima. 6 Zbog toga se barijev titanat kao piezoelektrični materijal koristi dulje od većine drugih. Litijev niobat je spoj koji kombinira kisik, litij i niobij.
Prvi je razvio sonar za otkrivanje santi leda. Međutim, tijekom Prvog svjetskog rata porastao je interes za sonare koji pomažu u lociranju podmornica pod vodom. Naravno, sonar danas ima mnogo namjena i namjena, od pronalaženja ribe do podvodne navigacije i tako dalje.
Sinkronizam
Vrlo važna točka je sinkroni rad elektromotora gornjeg dizajna. Kada magnetsko polje stupa u interakciju sa strujom u namotu rotora, formira se sam proces rotacije motora, koji će biti sinkroni u odnosu na rotaciju magnetskog polja formiranog na statoru. Sinkronizam će se održavati sve dok se ne postigne maksimalni okretni moment, koji je uzrokovan otporom. Kako se opterećenje povećava, stroj može izgubiti sinkronizaciju.
Na slici 3, sonar šalje zvučni val kroz odašiljač za traženje objekata ispred. Odašiljač koristi inverzni piezoelektrični učinak, koji kada odašiljač koristi napon za slanje zvučnog vala. Kada zvučni val pogodi objekt, vratit će se. Prijemnik će detektirati zvučni val koji se odbija.
Prijemnik, za razliku od odašiljača, koristi izravni piezoelektrični učinak. Piezoelektrični uređaj prijemnika komprimira se povratnim zvučnim valom. Šalje signal na elektronička elektronika obrada signala, koja će primiti zvučni val s povratnim zvukom i započeti njegovu obradu. Odredit će udaljenost objekta izračunavanjem vremenskih signala odašiljača i prijamnika.
Asinkroni motor
Načelo rada je prisutnost rotirajućeg magnetskog polja i zatvorenih okvira (krugova) na rotoru - rotirajućem dijelu. Magnetsko polje se stvara na isti način kao kod sinkronog motora - uz pomoć namota smještenih u utorima statora, koji su spojeni na mrežu izmjeničnog napona. Namoti rotora sastoje se od desetak zatvorenih petlji i okvira i obično imaju dvije vrste dizajna: fazni i kratkospojeni. Princip rada AC motora je isti u obje verzije, samo se dizajn mijenja. U slučaju kaveznog rotora (poznatog i kao kavezni rotor), namot je ispunjen rastaljenim aluminijem u utore. Prilikom izrade faznog namota, krajevi svake faze izvlače se pomoću kliznih kontaktnih prstenova, jer će to omogućiti uključivanje dodatnih otpornika u krug, koji su potrebni za regulaciju brzine motora.
Slika 4 prikazuje rad piezoelektričnog aktuatora. Baza ostaje nepomična i djeluje kao metalna ploča koja spaja srednji piezoelektrični materijal. Zatim se na materijal primjenjuje napon, koji se širi i skuplja zbog električnog polja primijenjenog napona. Piezo kristal se pomiče vrlo malo, bilo naprijed ili natrag. Kako se piezo materijal ili kristal pomiče, on polako gura i povlači pokretač.
Piezoelektrični aktuator ima mnogo namjena i primjena. Na primjer, strojevi za pletenje i strojevi za brajevo pismo koriste ove pogone jer imaju tako malo pokretnih dijelova i vrlo jednostavan dizajn. Mogu se naći čak iu kamkorderima i mobitelima jer su se pokazali najsposobnijima kao mehanizam za autofokus. 10.
Vučni stroj
Princip rada vučnog motora sličan je istosmjernom motoru. Iz opskrbne mreže struja se dovodi do zatim se trofazna izmjenična struja prenosi u posebne vučne podstanice. Tamo je ispravljač. Pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu. Prema dijagramu, provodi se s jednim od svojih polariteta na kontaktne žice, drugi - izravno na tračnice. Mora se imati na umu da mnogi vučni mehanizmi rade na frekvenciji različitoj od utvrđene industrijske (50 Hz). Stoga koriste princip rada koji pretvara frekvencije i kontrolira ovu karakteristiku.
Piezoelektrični zvučnici i zujalice. Piezoelektrični zvučnici i zujalice koriste inverzni piezoelektrični učinak za generiranje i reprodukciju zvuka. Kada se napon primijeni na zvučnike i audio signale, stvaraju se zvučni valovi. Audionaponski signal primijenjen na piezoelektrične keramičke zvučnike ili zvučni signali, natjerat će materijal da vibrira zrak. Ova vibracija proizvodi zvučne valove koji izlaze iz zvučnika.
Piezoelektrični zvučnici obično se koriste u budilicama ili drugim malim mehaničkim uređajima za stvaranje jednostavnih, visokokvalitetnih audio zvukovi. To je zato što su ograničeni na mali broj frekvencijski odziv. 11.
Preko podignutog pantografa dovodi se napon u komore u kojima se nalaze reostati za pokretanje i kontaktori. Pomoću regulatora reostati su povezani s vučnim motorima koji se nalaze na osovinama okretnih postolja. Iz njih struja teče kroz gume na tračnice i zatim se vraća u vučnu trafostanicu te tako zaokružuje električni krug.
Piezo pokretači su vrlo važni jer pomažu inženjerima primijeniti više napona za stvaranje većih sinusnih valova. Piezo drajver mijenja nizak napon baterije u viši visoki napon, koji se koristi za napajanje pojačala koje pokreće uređaj. Oscilator daje male sinusne valove, koje pojačalo pretvara u velike sinusne valove.
Najmanje osam smrtnih slučajeva pripisano je neispravnom čamcu, a mnoge druge smrti navedene su kao utapanje, iako su mnoge vjerojatno uzrokovane strujnim udarom, a neke su identificirane kao takve naknadnom istragom.
Suvremeni elektromotor (stroj) koristi se posvuda u raznim industrijama, građevinarstvu, brodogradnji, automobilskoj industriji i mnogim drugim mjestima.
Elektromotor je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku. Njegov rad temelji se na principu elektromagnetske indukcije - fenomenu nastanka električne struje u zatvorenom krugu kada se mijenja magnetsko polje koje prolazi kroz njega. Elektromotor se sastoji od statora (fiksni dio) i rotora (pokretni dio). Tijekom rada motora, stator stvara rotirajuće magnetsko polje koje je u interakciji s električnim poljem rotora. Kao rezultat, stvara se moment i rotor se pokreće.
Mladi muškarci i žene koji odrastaju na brodovima često imaju samouvjerenu, zrelu prisutnost. "Bio je to vrući ljetni dan", počinje priča dok Ritz, sada 50, govori o marini na slatkovodnom kanalu Multnomah rijeke Willamette sjeverno od Portlanda, Oregon, gdje je živio na brodu sa svojom suprugom i troje male djece, Ianom , Lucas i Kira. Ritzovo vlastito djetinjstvo bilo je puno dalekih stranih luka i života na brodovima. "Htjeli smo živjeti na brodu, podučavati djecu na brodu našoj školi i pružiti im ovo nevjerojatno iskustvo", kaže on.
Danas elektromotori imaju široku primjenu u automobilskoj industriji. Mogu se koristiti kako pojedinačno - na električnim vozilima, tako iu kombinaciji s motorima s unutarnjim izgaranjem - raznim hibridnim vozilima. Najpopularniji su trofazni AC motori. Motori za električne automobile razlikuju se od konvencionalnih električnih automobila po svojoj kompaktnosti i povećanoj snazi.
Pustili su da ih struja odnese nizvodno dok je Cheryl nastavila nadzirati pristanište, aktivnost u kojoj su djeca i odrasli godinama uživali. Kad je Lucas prišao doku kako bi izašao, ispustio je uzdah i okrenuo se na leđa, očito bez svijesti.
Ritz, koji je radio na brodu, dojurio je na mjesto događaja. "Provjerio sam puls i nisam ga mogao pronaći", prisjeća se. Provjerio sam njegovo disanje i Lucas nije disao. U izvješću mrtvozornika nazvan je smrt od utapanja. Ovo nije dizajnirano za Ritz. Lucasovo lice nikad nije bilo u vodi, kaže. “Nosio je prsluk za spašavanje, koji će vam zaštititi lice od vode čak i ako ste bez svijesti.”
Svi elektromotori mogu se podijeliti u dvije velike skupine, rade na izmjeničnu ili istosmjernu struju; postoje i univerzalni koji mogu raditi na obje vrste napajanja.
Prema principu rada elektromotori izmjenične struje dijele se na:
- Sinkroni. Rotor u takvim motorima kreće se sinkrono s frekvencijom rotacije magnetskog polja statora.
- Asinkroni. Magnetsko polje statora okreće se brže od rotora.
Prema broju faza izmjenični elektromotori se dijele:
- Jednofazni. Powered by jednofazna mreža. Značajka dizajna jedan radni namot.
- Dvofazni. Powered by trofazna mreža. Dva radna namota, pomaknuta za 90 stupnjeva u prostoru.
- Tri faze. Napaja se trofaznom mrežom. Tri radna namota, pomaknuta za 120 stupnjeva u prostoru.
Na primjer, Chevrolet Volt (hibrid) koristi trofazni asinkroni motor, a Mitsubishi i-MiEV (potpuno električni automobil) koristi trofazni sinkroni motor. Električni motori različitih proizvođača automobila razlikuju se po težini, veličini, snazi i drugim karakteristikama, ali koriste isti princip elektromagnetske indukcije, koji je otkrio M. Faraday 1821. godine. Na temelju radova M. Faradaya i E. Lenza stvoren je 1834. godine prvi praktično prikladan elektromotor. Njegov tvorac je ruski znanstvenik B. S. Jacobi.
Prednosti elektromotora uključuju:
- Visoka učinkovitost 85–95%
- Izdržljiv i jednostavan za korištenje.
- Kompaktan i lagan
- Ekološka prihvatljivost
- Mogućnost korištenja načina generatora za povrat kinetičke energije vozila.
Nema očitih nedostataka. Ali vrijedi napomenuti da je odvojena uporaba elektromotora bez motora s unutarnjim izgaranjem u automobilima teška zbog nesavršenosti vučnih baterija, njihove visoke cijene i ograničenog kapaciteta. Stoga su hibridni automobili popularniji, gdje električni motori rade zajedno s malim motorom s unutarnjim izgaranjem koji hrani glavnu bateriju. Ova shema primjene u hibridnim automobilima značajno povećava rezervu snage, a također omogućuje korištenje manje kapacitetnih i skupih baterija. Ali napredak ne stoji, trenutno su u tijeku intenzivna istraživanja čiji je cilj smanjiti troškove baterija i povećati njihov kapacitet.
Dizajn elektromotora: