Šiandien neįmanoma įsivaizduoti žmogaus civilizacijos ir aukštųjų technologijų visuomenės be elektros. Vienas pagrindinių prietaisų, užtikrinančių elektros prietaisų veikimą, yra variklis. Ši mašina plačiai naudojama: nuo pramonės (ventiliatoriai, trupintuvai, kompresoriai) iki buities ( Skalbimo mašinos, grąžtai ir kt.). Bet koks yra elektros variklio veikimo principas?
Vėlesni polių varikliai nėra viena kelių greičių konstrukcija. Kartais varikliai apvyniojami visiškai atskiromis, keliomis apvijomis, suteikiant jiems bet kokį pageidaujamą greičių derinį. Šis elektros variklis veikė labai gerai ir vieną dieną paslaptingai užgeso. Elektrikas rado du perdegusius saugiklius, kuriuos vėliau pakeitė.
Apžiūrėjęs elektrikas nustatė, kad vėl perdegė tie patys du saugikliai. Jei jūsų paprašytų padėti išspręsti šią variklio grandinę, ką rekomenduotumėte kaip kitą žingsnį? Akivaizdu, kad grandinėje kažkas negerai, jei ji ir toliau pučia tuos pačius du saugiklius. Taigi atsakymas nėra „įdiekite didesnius saugiklius!
Tikslas
Elektros variklio veikimo principas ir pagrindiniai jo tikslai – perduoti į darbines dalis mechaninę energiją, reikalingą technologiniams procesams vykdyti. Pats variklis jį gamina naudodamas iš tinklo sunaudotą elektros energiją. Iš esmės elektros variklio veikimo principas yra paversti elektros energiją mechanine energija. Mechaninės energijos kiekis, kurį jis pagamina per vieną laiko vienetą, vadinamas galia.
Vertėtų tęsti atsakant į šį klausimą: kokia kaltė dažniausiai išmuša saugiklius? Kokius bandymus galėtumėte atlikti tokioje grandinėje, kad surastumėte tokio tipo gedimus? Turėkite omenyje, kad elektros varikliai veikia visiškai kitaip nei daugelis kitų rūšių apkrovų. Tai elektromechaninis įrenginys, todėl problema gali neapsiriboti elektros gedimais!
Šis klausimas turėtų sukelti įdomią diskusiją! Įdomus šios problemos posūkis yra manyti, kad pats variklis patikrinamas gerai, kai išbandomas su omometru ir kad jo velenas gali būti laisvai sukamas ranka. Kas dabar gali būti bėdų šaltinis?
Variklių tipai
Atsižvelgiant į maitinimo tinklo charakteristikas, galima išskirti du pagrindinius variklių tipus: nuolatinę ir kintamąją. Labiausiai paplitę yra varikliai su nuosekliu, nepriklausomu ir mišriu sužadinimu. Variklių pavyzdžiai yra sinchroninės ir asinchroninės mašinos. Nepaisant akivaizdžios įvairovės, bet kokios paskirties elektros variklio konstrukcija ir veikimo principas grindžiami laidininko sąveika su srove ir magnetiniu lauku arba nuolatinio magneto (feromagnetinio objekto) sąveika su magnetiniu lauku.
Pjezoelektrą atrado du prancūzų mokslininkai broliai Jacques'as ir Pierre'as Curie. Jie sužinojo apie pjezoelektrą po to, kai pirmą kartą suprato, kad slėgis, taikomas kvarcui ar net tam tikriems kristalams, sukuria elektros krūvį toje konkrečioje medžiagoje. Vėliau jie pavadino šį keistą ir mokslinį reiškinį kaip pjezoelektrinis efektas.
Netrukus broliai Curie atrado atvirkštinį pjezoelektrinį efektą. Tai buvo po to, kai jie patvirtino, kad kada elektrinis laukas buvo priverstas į kristalą, jis sukėlė švino kristalo apsigimimą ar sutrikimą, dabar vadinamą atvirkštiniu pjezoelektriniu efektu.
Rėmas su srove - variklio prototipas
Pagrindinis dalykas tokiu klausimu kaip elektros variklio veikimo principas gali būti vadinamas sukimo momento atsiradimu. Šis reiškinys gali būti nagrinėjamas naudojant srovę nešančio rėmo, kurį sudaro du laidininkai ir magnetas, pavyzdį. Srovė į laidininkus tiekiama per slydimo žiedus, kurie pritvirtinami prie besisukančio rėmo ašies. Pagal garsiąją kairės rankos taisyklę, rėmą veiks jėgos, kurios sukurs sukimo momentą aplink ašį. Veikiant šiai bendrai jėgai, jis sukasi prieš laikrodžio rodyklę. Yra žinoma, kad šis sukimo momentas yra tiesiogiai proporcingas magnetinei indukcijai (B), (I), rėmo plotui (S) ir priklauso nuo kampo tarp lauko linijų ir pastarosios ašies. Tačiau veikiamas momento, besikeičiančio jo kryptimi, rėmas atliks svyruojančius judesius. Ką daryti dėl išsilavinimo pastovi kryptis? Čia yra dvi parinktys:
Terminas pjezoelektra kilęs iš graikų kalbos žodžio piezo, reiškiančio suspausti arba spausti. Įdomu tai, kad elektrinis graikiškai reiškia gintarą. Gintaras taip pat pasirodė esąs šaltinis elektros krūvis. 2. Šiandien daugelis elektroninių prietaisų naudoja pjezoelektrą. Šis pjezo kristalas paverčia garso energiją jūsų balsu ir pakeičia ją į elektriniai signalai kompiuteriui ar telefonui. 3 Su pjezoelektra viskas tampa įmanoma. Įvairių pažangesnių technologijų kūrimas gali būti siejamas su pjezoelektros atradimu.
- pakeisti kryptį elektros srovė rėme ir laidininkų padėtis magneto polių atžvilgiu;
- pakeisti paties lauko kryptį, nepaisant to, kad rėmas sukasi ta pačia kryptimi.
Pirmasis variantas naudojamas varikliams nuolatinė srovė. O antrasis – elektros variklio veikimo principas. kintamoji srovė.
Šiandien matome vis labiau pjezoelektrinių medžiagų ir prietaisų kūrimą. Kaip minėta, pjezoelektrinės medžiagos suspaudimas gamina elektros energiją. 1 paveiksle paaiškinta koncepcija. Piezo keramikos medžiaga- nelaidžią pjezoelektrinę keramiką arba krištolą - dedama tarp dviejų metalinių plokščių. Norint sukurti pjezoelektrą, medžiaga turi būti suspausta arba suspausta. Mechaninis įtempis, taikomas pjezoelektrinei keraminei medžiagai, sukuria elektros energiją.
Kaip parodyta Fig. 1, medžiagoje yra įtampos potencialas. Dvi metalinės sumuštinių plokštės iš pjezokristalo. Taigi, pjezoelektrinis efektas veikia kaip miniatiūrinė baterija, nes gamina elektros energiją. Tai tiesioginis pjezoelektrinis efektas. Prietaisai, kuriuose naudojamas tiesioginis pjezoelektrinis efektas, yra mikrofonai, slėgio jutikliai, hidrofonai ir daugelis kitų jautrių įrenginių tipų.
Srovės krypties keitimas magneto atžvilgiu
Norint pakeisti įkrautų dalelių judėjimo kryptį srovę nešančiame rėmo laidininke, reikalingas įrenginys, kuris šią kryptį nustatytų priklausomai nuo laidininkų vietos. Ši konstrukcija įgyvendinama naudojant slankiuosius kontaktus, kurie tiekia srovę į rėmą. Kai vienas žiedas pakeičia du, sukant rėmą pusę apsisukimo, srovės kryptis pasikeičia į priešingą, tačiau sukimo momentas ją išlaiko. Svarbu atsižvelgti į tai, kad vienas žiedas yra surinktas iš dviejų pusių, kurios yra izoliuotos viena nuo kitos.
Pjezoelektrinis efektas gali būti atvirkštinis, kuris vadinamas atvirkštiniu pjezoelektriniu efektu. Tai sukuriama taikant elektros įtampa pjezoelektriniam kristalui susitraukti arba jį išplėsti. Atvirkštinis pjezoelektrinis efektas virsta elektros energijaį mechaninį.
Atvirkštinio pjezoelektrinio efekto naudojimas gali padėti sukurti prietaisus, kurie generuoja ir sukuria akustines garso bangas. Pjezoelektrinių akustinių įrenginių pavyzdžiai yra garsiakalbiai arba garsiakalbiai. Šių garsiakalbių pranašumas yra tas, kad jie yra labai ploni, todėl jie yra naudingi daugelyje telefonų. Netgi medicininiai ultragarso ir sonaro keitikliai naudoja atvirkštinį pjezoelektrinį efektą. Neakustiniai atvirkštiniai pjezoelektriniai įtaisai apima variklius ir pavaras.
DC mašinos dizainas
Aukščiau pateiktas pavyzdys yra nuolatinės srovės variklio veikimo principas. Natūralu, kad tikroji mašina yra sudėtingesnės konstrukcijos, naudojant dešimtis rėmų, kurie sudaro armatūros apviją. Šios apvijos laidininkai yra dedami į specialius griovelius cilindrinėje feromagnetinėje šerdyje. Apvijų galai yra sujungti su izoliuotais žiedais, kurie sudaro kolektorių. Apvija, komutatorius ir šerdis yra armatūra, kuri sukasi guoliuose ant paties variklio korpuso. Sužadinimo magnetinį lauką sukuria nuolatinių magnetų poliai, esantys korpuse. Apvija yra prijungta prie maitinimo tinklo ir gali būti įjungta nepriklausomai nuo armatūros grandinės arba nuosekliai. Pirmuoju atveju elektros variklis turės nepriklausomą sužadinimą, antruoju - nuoseklų. Taip pat yra dizainas su mišriu sužadinimu, kai vienu metu naudojamos dviejų tipų apvijų jungtys.
Pjezoelektrinės medžiagos yra medžiagos, kurios gali gaminti elektrą dėl mechaninio įtempio, pavyzdžiui, suspaudimo. Šios medžiagos taip pat gali deformuotis veikiant įtempiams. Visos pjezoelektrinės medžiagos yra nelaidžios, todėl pjezoelektrinis efektas gali atsirasti ir veikti. Juos galima suskirstyti į dvi grupes: kristalus ir keramiką. 4.
Šie dirbtinės medžiagos turi ryškesnį poveikį nei kvarcas ir kitos natūralios pjezoelektrinės medžiagos. Kvarcas, žinoma pjezoelektrinė medžiaga, taip pat yra pirmoji žinoma pjezoelektrinė medžiaga. Jis dažniausiai naudojamas ultragarsiniams keitikliams, keraminiams kondensatoriams ir kitiems jutikliams bei pavaroms gaminti. Jis taip pat turi ypatingą įvairių savybių spektrą.
Sinchroninė mašina
Sinchroninio elektros variklio veikimo principas yra būtinybė sukurti besisukantį magnetinį lauką. Tada šiame lauke reikia įdėti laidininkus, tekančius aplink nuolatinę srovę šiame lauke. Pramonėje labai išplitusio sinchroninio elektros variklio veikimo principas paremtas aukščiau pateiktu pavyzdžiu su srove nešančiu rėmu. Magneto sukuriamą sukimosi lauką sukuria apvijų sistema, prijungta prie maitinimo šaltinio. Paprastai naudojamas trifazės apvijos, tačiau kintamosios srovės veikimo principas nesiskirs nuo trifazio, išskyrus galbūt pačių fazių skaičių, o tai nėra reikšminga atsižvelgiant į konstrukcines ypatybes. Apvijos dedamos į statoriaus angas su tam tikru poslinkiu aplink perimetrą. Tai daroma siekiant sukurti besisukantį magnetinį lauką susidariusiame oro tarpelyje.
Bario titanatas yra feroelektrinė keraminė medžiaga, turinti pjezoelektrines savybes. 6 Dėl šios priežasties bario titanatas buvo naudojamas kaip pjezoelektrinė medžiaga ilgiau nei dauguma kitų. Ličio niobatas yra junginys, jungiantis deguonį, litį ir niobį.
Pirmiausia jis sukūrė sonarą, padedantį aptikti ledkalnius. Tačiau susidomėjimas sonaru išaugo per Pirmąjį pasaulinį karą, kad padėtų rasti povandeninius laivus. Žinoma, sonaras šiandien turi daugybę tikslų ir panaudojimo būdų – nuo žuvų paieškos iki povandeninės navigacijos ir pan.
Sinchronizmas
Labai svarbus momentas yra sinchroninis minėtos konstrukcijos elektros variklio veikimas. Kai magnetinis laukas sąveikauja su srove rotoriaus apvijoje, susidaro pats variklio sukimosi procesas, kuris bus sinchroniškas statoriaus susidariusio magnetinio lauko sukimosi atžvilgiu. Sinchronizmas bus palaikomas tol, kol bus pasiektas maksimalus sukimo momentas, kurį sukelia pasipriešinimas. Didėjant apkrovai, mašina gali būti nesinchronizuota.
3 paveiksle sonaras siunčia garso bangą per siųstuvą, kad ieškotų priekyje esančių objektų. Siųstuvas naudoja atvirkštinį pjezoelektrinį efektą, kuris, kai siųstuvas naudos įtampą, padės išsiųsti garso bangą. Kai garso banga pasieks objektą, jis sugrįš. Garso bangą, kuri atsimuša, aptiks imtuvas.
Imtuvas, skirtingai nei siųstuvas, naudoja tiesioginį pjezoelektrinį efektą. Imtuvo pjezoelektrinis įtaisas suspaudžiamas grįžtančios garso bangos. Jis siunčia signalą į elektroninė elektronika signalo apdorojimas, kuris gaus garso bangą su garso grįžimu ir pradės jį apdoroti. Jis nustatys objekto atstumą, apskaičiuodamas laiko signalus iš siųstuvo ir imtuvo.
Asinchroninis variklis
Veikimo principas yra besisukančio magnetinio lauko ir uždarų rėmų (grandinių) buvimas ant rotoriaus - besisukančios dalies. Magnetinis laukas generuojamas taip pat, kaip ir sinchroniniame variklyje – statoriaus lizduose esančių apvijų pagalba, kurios yra prijungtos prie kintamosios įtampos tinklo. Rotoriaus apvijos susideda iš keliolikos uždarų kilpų ir rėmų ir paprastai būna dviejų tipų: fazinės ir trumpojo jungimo. Kintamosios srovės variklio veikimo principas yra vienodas abiejose versijose, keičiasi tik konstrukcija. Voverės narvelio rotoriaus (taip pat žinomo kaip voverės narvelio) atveju apvija į angas užpildoma išlydytu aliuminiu. Atliekant fazės apviją, kiekvienos fazės galai iškeliami naudojant slankiojančius kontaktinius žiedus, nes tai leis į grandinę įtraukti papildomus rezistorius, kurie yra būtini variklio sūkiams reguliuoti.
4 paveiksle parodytas pjezoelektrinės pavaros veikimas. Pagrindas lieka nejudantis ir veikia kaip metalinė plokštė, kuri sujungia vidurinę pjezoelektrinę medžiagą. Tada medžiagai taikoma įtampa, kuri plečiasi ir susitraukia nuo veikiančios įtampos elektrinio lauko. Pjezo kristalas juda labai mažai, tiek į priekį, tiek atgal. Kai pjezo medžiaga arba kristalas juda, jis lėtai stumia ir traukia pavarą.
Pjezoelektrinė pavara turi daugybę naudojimo būdų ir pritaikymų. Pavyzdžiui, mezgimo mašinos ir Brailio rašto mašinos naudoja šias pavaras, nes turi tiek mažai judančių dalių ir labai paprastas dizainas. Jų netgi galima rasti vaizdo kamerose ir mobiliuosiuose telefonuose, nes pasirodė esąs labiausiai įgudęs automatinio fokusavimo mechanizmas. 10.
Traukos mašina
Traukos variklio veikimo principas panašus į nuolatinės srovės variklio. Iš maitinimo tinklo srovė tiekiama į trifazę kintamąją srovę, kuri perduodama į specialias traukos pastotes. Ten yra lygintuvas. Jis konvertuoja kintamąją srovę į nuolatinę. Pagal schemą jis atliekamas su vienu iš jo poliškumo kontaktiniai laidai, antrasis – tiesiai į bėgius. Reikia atsiminti, kad daugelis traukos mechanizmų veikia kitokiu dažniu nei nustatytas pramoninis (50 Hz). Todėl jie naudoja, kurio veikimo principas yra konvertuoti dažnius ir valdyti šią charakteristiką.
Pjezoelektriniai garsiakalbiai ir garsiakalbiai. Pjezoelektriniai garsiakalbiai ir garsiakalbiai naudoja atvirkštinį pjezoelektrinį efektą garsui generuoti ir atkurti. Kai įtampa tiekiama garsiakalbiams ir garso signalams, sukuriamos garso bangos. Garso įtampos signalas, taikomas pjezoelektriniams keraminiams garsiakalbiams arba garso signalus, medžiaga virpins orą. Ši vibracija sukuria garso bangas, kurios sklinda iš garsiakalbio.
Pjezoelektriniai garsiakalbiai dažniausiai naudojami žadintuvuose ar kituose mažuose mechaniniuose įrenginiuose, siekiant sukurti paprastus, aukštos kokybės garso garsai. Taip yra todėl, kad jų yra nedaug dažnio atsakas. 11.
Per pakeltą pantografą įtampa tiekiama į kameras, kuriose yra paleidimo reostatai ir kontaktoriai. Naudojant valdiklius, reostatai prijungiami prie traukos variklių, kurie yra ant vežimėlių ašių. Iš jų padangomis srovė teka ant bėgių, o vėliau grįžta į traukos pastotę, taip užbaigdama elektros grandinę.
Pjezo tvarkyklės yra labai svarbios, nes jos padeda inžinieriams pritaikyti didesnę įtampą, kad sukurtų didesnes sinusines bangas. Pjezo tvarkyklė pakeičia žemą akumuliatoriaus įtampą į aukštesnę aukštos įtampos, kuris naudojamas stiprintuvui, kuris valdo įrenginį, maitinti. Osciliatorius įveda mažas sinusines bangas, kurias stiprintuvas paverčia didelėmis sinusinėmis bangomis.
Mažiausiai aštuonios mirtys buvo priskirtos sugedusiam laivui, o daugelis kitų mirčių buvo įtrauktos į nuskendusius, nors daugelis jų greičiausiai įvyko dėl elektros smūgio, o kai kurios tokios buvo nustatytos atliekant vėlesnį tyrimą.
Modernus elektros variklis (mašina) naudojamas visur įvairiose pramonės šakose, statybose, laivų statyboje, automobilių pramonėje ir daugelyje kitų vietų.
Elektros variklis yra įtaisas, kuris elektros energiją paverčia mechanine energija. Jo darbas grindžiamas elektromagnetinės indukcijos principu – elektros srovės atsiradimo uždaroje grandinėje reiškiniu, kai keičiasi per ją einantis magnetinis laukas. Elektros variklis susideda iš statoriaus (fiksuotos dalies) ir rotoriaus (judančios dalies). Variklio veikimo metu statorius sukuria besisukantį magnetinį lauką, kuris sąveikauja su rotoriaus elektriniu lauku. Dėl to sukuriamas sukimo momentas ir paleidžiamas rotorius.
Jauni vyrai ir moterys, augantys valtyse, dažnai būna pasitikintys, subrendę. „Tai buvo karšta vasaros diena“, – istorija prasideda, kai Ritzas, kuriam dabar 50 metų, pasakoja apie prieplauką Vilamette upės Multnomah gėlo vandens kanale į šiaurę nuo Portlando, Oregono valstijoje, kur jis gyveno laive su žmona ir trimis vaikais Ianu. , Lukas ir Kira. Paties Ritzo vaikystė buvo kupina tolimų užsienio uostų ir gyvenimo laivuose. „Mes ketinome gyventi laive, mokyti savo mokyklą laive esančius vaikus ir suteikti jiems šios nuostabios patirties“, – sako jis.
Šiandien automobilių pramonėje plačiai naudojami elektros varikliai. Juos galima naudoti tiek pavieniui – ant elektromobilių, tiek kartu su vidaus degimo varikliais – įvairiomis hibridinėmis transporto priemonėmis. Populiariausi yra trifaziai kintamosios srovės varikliai. Elektromobilių varikliai nuo įprastų elektromobilių išsiskiria kompaktiškumu ir padidinta galia.
Jie leido srovei nešti juos pasroviui, o Cheryl toliau stebėjo doką – tai veikla, kuria vaikai ir suaugusieji patiko daugelį metų. Kai Lucas priartėjo prie doko, kad išeitų, jis atsiduso ir apsivertė ant nugaros, matyt, be sąmonės.
Ritzas, dirbantis valtyje, atskubėjo į įvykio vietą. „Patikrinau pulsą ir neradau“, – prisimena jis. Patikrinau jo kvėpavimą ir Lukas nekvėpavo. Koronerio ataskaitoje jis buvo pavadintas skendimo mirtimi. Tai nėra skirta Ritz. Lucaso veidas niekada nebuvo vandenyje, sako jis. „Jis vilkėjo gelbėjimosi liemenę, kuri neleis jūsų veidui patekti į vandenį, net jei būsite be sąmonės“.
Visus elektros variklius galima suskirstyti į dvi dideles grupes, veikiančias kintamąja arba nuolatine srove, taip pat yra universalių, galinčių veikti abiejų tipų galia.
Pagal veikimo principą kintamosios srovės elektros varikliai skirstomi į:
- Sinchroninis. Tokiuose varikliuose esantis rotorius juda sinchroniškai su statoriaus magnetinio lauko sukimosi dažniu.
- Asinchroninis. Statoriaus magnetinis laukas sukasi greičiau nei rotorius.
Pagal fazių skaičių kintamosios srovės elektros varikliai skirstomi:
- Vienfazė. Maitinamas vienfazis tinklas. Dizaino funkcija viena veikianti apvija.
- Dviejų fazių. Maitinamas trifazis tinklas. Dvi darbinės apvijos, paslinktos erdvėje 90 laipsnių kampu.
- Trifazis. Maitinamas trifaziu tinklu. Trys darbinės apvijos, erdvėje paslinktos 120 laipsnių kampu.
Pavyzdžiui, Chevrolet Volt (hibridiniame) naudojamas trifazis asinchroninis variklis, o Mitsubishi i-MiEV (visiškai elektrinis automobilis) – trifazis sinchroninis variklis. Įvairių automobilių gamintojų elektros varikliai skiriasi svoriu, dydžiu, galia ir kitomis charakteristikomis, tačiau juose naudojamas tas pats elektromagnetinės indukcijos principas, atrastas M. Faradėjaus 1821 m. Remiantis M. Faradėjaus ir E. Lenco darbais, pirmasis praktiškai tinkamas elektros variklis buvo sukurtas 1834 m. Jo kūrėjas – rusų mokslininkas B. S. Jacobi.
Tarp elektros variklių privalumų yra šie:
- Didelis efektyvumas 85–95 %
- Patvarus ir paprastas naudoti.
- Kompaktiškas ir lengvas svoris
- Ekologiškumas
- Galimybė naudoti generatoriaus režimą transporto priemonės kinetinei energijai atkurti.
Akivaizdžių trūkumų nėra. Tačiau verta paminėti, kad atskiras elektros variklių be vidaus degimo variklių naudojimas automobiliuose yra sudėtingas dėl traukos akumuliatorių netobulumo, didelės jų kainos ir ribotos talpos. Todėl populiaresni hibridiniai automobiliai, kuriuose elektros varikliai veikia kartu su nedideliu vidaus degimo varikliu, maitinančiu pagrindinę bateriją. Tokia pritaikymo schema hibridiniuose automobiliuose žymiai padidina galios rezervą, taip pat leidžia naudoti mažiau talpius ir brangius akumuliatorius. Tačiau pažanga nestovi vietoje, šiuo metu vyksta intensyvūs tyrimai, kurių tikslas – sumažinti baterijų kainą ir padidinti jų talpą.
Elektros variklio konstrukcija: