Сегодня представить себе человеческую цивилизацию и высокотехнологическое общество без электричества невозможно. Одним из основных аппаратов, которые обеспечивают работу электрических приборов, является двигатель. Эта машина нашла самое широкое распространение: от промышленности (вентиляторы, дробилки, компрессоры) до бытового использования (стиральные машины, дрели и прочее). Но в чем состоит принцип работы электродвигателя?
Последующие электродвигатели полюсов не являются единственной конструкцией с несколькими скоростями. Иногда двигатели наматываются с полностью раздельными, с несколькими обмотками, что дает им любую комбинацию желаемых скоростей. Этот электродвигатель работал очень хорошо, и однажды он загадочно закрылся. Электрик обнаружил два раздутых предохранителя, которые он затем заменил.
После осмотра электрик обнаружил, что те же самые два предохранителя снова взорвались. Если вас попросили помочь устранить неисправность этой схемы электродвигателя, что бы вы рекомендовали в качестве следующего шага? Очевидно, что что-то не так с цепью, если оно продолжает дуть на те же самые два предохранителя. Итак, ответ не таков: «установите большие предохранители!».
Назначение
Принцип работы электродвигателя и его основные цели заключаются в передаче рабочим органам необходимой для совершения технологических процессов механической энергии. Сам двигатель вырабатывает ее за счет потребляемой из сети электроэнергии. По сути говоря, принцип работы электродвигателя заключается в преобразовании электрический энергии в механическую. Количество вырабатываемой им механической энергии за одну единицу времени называется мощностью.
Было бы целесообразно продолжить, отвечая на этот вопрос: какой тип вины обычно взрывает предохранители? Какие типы тестов вы могли бы выполнить на такой схеме, чтобы найти эти типы неисправностей? Имейте в виду, что поведение электродвигателей совершенно не похоже на многие другие типы нагрузок. Это электромеханическое устройство, поэтому проблема может не ограничиваться электрическими неисправностями!
Этот вопрос должен спровоцировать интересную дискуссию! Интересный «поворот» этой проблемы заключается в том, чтобы предположить, что сам двигатель отлично проверяется при испытании с помощью омметра и что его вал можно свободно поворачивать вручную. Что может быть источником неприятностей сейчас?
Виды двигателей
В зависимости от характеристик питающей сети можно выделить два основных типа двигателя: на постоянном и на переменном токе. Наиболее распространенными являются моторы с последовательным, независимым и смешанным возбуждением. Примерами двигателей на могут выступить синхронные и асинхронные машины. Несмотря на кажущееся разнообразие, устройство и принцип работы электродвигателя любого назначения основаны на взаимодействии проводника с током и магнитным полем либо же постоянного магнита (ферромагнитного объекта) с магнитным полем.
Пьезоэлектричество было обнаружено двумя братьями французских ученых Жаком и Пьером Кюри. Они узнали о пьезоэлектричестве после того, как впервые поняли, что давление, прикладываемое к кварцу или даже некоторым определенным кристаллам, создает электрический заряд в этом определенном материале. Они позже сослались на это странное и научное явление как пьезоэлектрический эффект.
Братья Кюри вскоре обнаружили обратный пьезоэлектрический эффект. Это было после того, как они подтвердили, что когда электрическое поле принудительно вводилось в кристалл, оно приводило к мальформации или беспорядку к кристаллу свинца, теперь называемому обратным пьезоэлектрическим эффектом.
Рамка с током - прообраз двигателя
Основным моментом в таком вопросе, как принцип работы электродвигателя, можно назвать появление крутящего момента. Рассмотреть такое явление можно на примере рамки с током, которая состоит из двух проводников и магнита. К проводникам ток подводится через контактные кольца, которые закреплены на оси вращающейся рамки. В соответствии со знаменитым правилом левой руки на рамку будут действовать силы, которые создадут крутящий момент относительно оси. Она под действием этой суммарной силы будет вращаться по направлению против часовой стрелки. Известно, что этот момент вращения прямо пропорционален магнитной индукции (B), (I), площади рамки (S) и зависит от угла между линиями поля и осью последней. Однако под действием момента, изменяющегося по своему направлению, рамка будет совершать колебательные движения. Что же предпринять для образования постоянного направления? Тут есть два варианта:
Термин пьезоэлектричество происходит от греческого слова пьезо, означающего сжать или нажать. Интересно, что электрический по-гречески означает янтарь. Янтарь также оказался источником электрического заряда. 2. Сегодня многие электронные устройства используют пьезоэлектричество. Этот пьезо-кристалл превращает звуковую энергию в ваш голос и меняет ее на электрические сигналы для вашего компьютера или вашего телефона. 3 Все становится возможным с пьезоэлектричеством. Создание различных более совершенных технологий можно проследить до обнаружения пьезоэлектричества.
- менять направление электрического тока в рамке и положение проводников относительно полюсов магнита;
- менять направление самого поля, притом что рамка вращается в неизменную сторону.
Первый вариант используется для двигателей постоянного тока. А второй - это принцип работы электродвигателя переменного тока.
Сегодня мы видим развитие все более пьезоэлектрических материалов и устройств. Как указано, сжатие пьезоэлектрического материала приводит к электричеству. Рисунок 1 объясняет концепцию. Пьезокерамический материал - непроводящая пьезоэлектрическая керамика или кристалл - помещается между двумя металлическими пластинами. Для генерирования пьезоэлектричества требуется, чтобы материал был сжат или сжат. Механическое напряжение, прикладываемое к пьезоэлектрическому керамическому материалу, генерирует электричество.
Как показано на фиг. 1, на материале имеется потенциал напряжения. Две металлические пластины сэндвич пьезокристалла. Таким образом, пьезоэлектрический эффект действует как миниатюрный аккумулятор, поскольку он производит электричество. Это прямой пьезоэлектрический эффект. Устройства, которые используют прямой пьезоэлектрический эффект, включают микрофоны, датчики давления, гидрофоны и многие другие чувствительные типы устройств.
Изменение направления тока относительно магнита
Для того чтобы изменить направление движения заряженных частиц в проводнике рамки с током, необходимо устройство, которое бы задавало это направление в зависимости от расположения проводников. Такая конструкция реализована благодаря использованию скользящих контактов, которые служат для подвода к рамке тока. При замене одним кольцом двух, когда рамка поворачивается на половину оборота, направление тока меняется на противоположное, а крутящий момент его сохраняет. Важно учесть, что одно кольцо собрано из двух половинок, которые изолированы друг от друга.
Пьезоэлектрический эффект можно обратить вспять, что называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Это создается путем приложения электрического напряжения, чтобы уменьшить пьезоэлектрический кристалл или расширить его. Обратный пьезоэлектрический эффект преобразует электрическую энергию в механическую.
Использование обратного пьезоэлектрического эффекта может помочь в разработке устройств, которые генерируют и создают акустические звуковые волны. Примерами пьезоэлектрических акустических устройств являются громкоговорители или зуммеры. Преимущество наличия таких динамиков в том, что они очень тонкие, что делает их полезными в ряде телефонов. Даже медицинские ультразвуковые и сонарные преобразователи используют обратный пьезоэлектрический эффект. Неакустические инверсные пьезоэлектрические устройства включают в себя двигатели и приводы.
Конструкция машины постоянного тока
Вышеприведенный пример - это принцип работы электродвигателя постоянного тока. Реальная машина, естественно, имеет более сложную конструкцию, где используются десятки рамок, образующих обмотку якоря. Проводники этой обмотки размещены в специальных пазах в цилиндрическом ферромагнитном сердечнике. Концы обмоток присоединены к изолированных кольцам, которые образуют коллектор. Обмотка, коллектор и сердечник - это якорь, вращающийся в подшипниках на корпусе самого двигателя. Магнитное поле возбуждения создается полюсами постоянных магнитов, которые расположены в корпусе. Обмотка подключается к питающей сети, и ее можно включать как независимо от цепи якоря, так и последовательно. В первом случае электродвигатель будет иметь независимое возбуждение, во втором - последовательное. Также существует конструкция со смешанным возбуждением, когда используются сразу два типа подключения обмотки.
Пьезоэлектрические материалы - это материалы, которые могут вырабатывать электричество из-за механических напряжений, таких как сжатие. Эти материалы также могут деформироваться при приложении напряжения. Все пьезоэлектрические материалы непроводящие, чтобы пьезоэлектрический эффект мог возникать и работать. Их можно разделить на две группы: кристаллы и керамику. 4.
Эти искусственные материалы обладают более выраженным эффектом, чем кварц и другие природные пьезоэлектрические материалы. Кварц, известный пьезоэлектрический материал, также является первым известным пьезоэлектрическим материалом. Он обычно используется для производства ультразвуковых преобразователей, керамических конденсаторов и других датчиков и приводов. Он также обладает особым спектром различных свойств.
Синхронная машина
Принцип работы синхронного электродвигателя заключается в необходимости создания вращающегося магнитного поля. Затем нужно поместить в это поле обтекаемые неизменным в направлении током проводники. Принцип работы синхронного электродвигателя, который получил весьма широкое распространение в промышленности, основан на вышеприведенном примере с рамкой с током. Вращающееся поле, создаваемое магнитом, образуется при помощи системы обмоток, которые подключены к питающей сети. Обычно используют трехфазные обмотки, однако принцип работы переменного тока не будет отличаться от трехфазного, разве что количеством самих фаз, что несущественно при рассмотрении конструктивных особенностей. Обмотки укладывают в пазы статора с некоторым сдвигом по окружности. Это делается для создания вращающегося магнитного поля в образованном воздушном промежутке.
Титанат бария представляет собой сегнетоэлектрический керамический материал с пьезоэлектрическими свойствами. 6 По этой причине титанат бария использовался в качестве пьезоэлектрического материала дольше, чем у большинства других. Ниобат лития представляет собой соединение, которое объединяет кислород, литий и ниобий.
Сначала он разработал сонар, чтобы помочь обнаружить айсберги. Однако интерес к гидролокатору поднялся во время Первой мировой войны, чтобы помочь найти подводные лодки под водой. Конечно, гидролокатор имеет много целей и использует сегодня, от нахождения рыбы до подводной навигации и так далее.
Синхронизм
Очень важным моментом является синхронная работа электродвигателя вышеприведенной конструкции. При взаимодействии магнитного поля с током в обмотке ротора образуется сам процесс вращения двигателя, который будет синхронным по отношению к вращению магнитного поля, образованному на статоре. Синхронизм будет сохраняться до достижения максимального момента, который вызван сопротивлением. При увеличении нагрузки машина может выйти из синхронизма.
На рисунке 3 сонар отправляет через передатчик звуковую волну для поиска объектов вперед. Передатчик использует обратный пьезоэлектрический эффект, который, когда передатчик будет использовать напряжение, чтобы помочь ему отправить звуковую волну. Как только звуковая волна ударит по объекту, он вернется назад. Звуковой волна, которая отскакивает назад, будет обнаружена приемником.
Приемник, в отличие от передатчика, использует прямой пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрическое устройство приемника сжимается возвращающейся звуковой волной. Он посылает сигнал в электронную электронику обработки сигналов, которая будет принимать звуковую волну с возвратом звука и начать ее обработку. Он определит расстояние объекта путем вычисления сигналов синхронизации от передатчика и приемника.
Асинхронный двигатель
Принцип работы заключается в наличии вращающегося магнитного поля и замкнутых рамок (контуров) на роторе - крутящейся части. Магнитное поле образуется так же, как и у синхронного двигателя - при помощи расположенных в пазах статора обмоток, которые подключены к сети переменного напряжения. Обмотки ротора состоят из десятка замкнутых контуров-рамок и имеют обычно два типа исполнения: фазное и короткозамкнутое. Принцип работы электродвигателя переменного тока в обоих вариантах одинаковый, меняется только конструктивное исполнение. В случае короткозамкнутого ротора (также известного под названием «беличья клетка») обмотка заливается расплавленным алюминием в пазы. При изготовлении обмотки фазной концы каждой фазы выводят наружу с помощью скользящих колец-контактов, так как это позволит включить в цепь добавочные резисторы, которые необходимы для регулирования частоты вращения двигателя.
На рисунке 4 показана работа пьезоэлектрического привода. Основание остается неподвижным и действует как металлическая пластина, которая сэндвичит средний пьезоэлектрический материал. Затем на материал подается напряжение, которое расширяется и сжимается от электрического поля приложенного напряжения. Пьезо-кристалл движется очень мало, будь то вперед или назад. Как только пьезоматериал или кристалл перемещаются, он медленно толкает и тянет привод.
Пьезоэлектрический привод имеет множество применений и применений. Например, вязальные машины и брайлевские машины используют эти приводы, поскольку они имеют такое небольшое количество движущихся частей и очень простую конструкцию. Их можно даже найти в видеокамерах и сотовых телефонах, потому что они оказались наиболее опытными в качестве механизма автоматической фокусировки. 10.
Тяговая машина
Принцип работы тягового электродвигателя аналогичен мотору на постоянном токе. От питающей сети ток подают на Далее трехфазный переменный ток передается на специальные тяговые подстанции. Там находится выпрямитель. Он преобразует переменный ток в постоянный. По схеме он проводится одной своей полярностью к контактным проводам, второй - непосредственно к рельсам. Необходимо помнить, что многие тяговые механизмы работают на частоте, отличной от установившейся промышленной (50 Гц). Поэтому используют принцип работы которого заключается в преобразовании частот и контролировании данной характеристики.
Пьезоэлектрические громкоговорители и зуммеры. Пьезоэлектрические громкоговорители и зуммеры используют обратный пьезоэлектрический эффект для генерации и воспроизведения звука. Когда напряжение подается на громкоговорители и звуковые сигналы, оно создает звуковые волны. Сигнал звукового напряжения, подаваемый на пьезоэлектрическую керамику громкоговорителей или звуковых сигналов, заставит материал вибрировать воздух. Эта вибрация производит звуковые волны, которые выходят из динамика.
Пьезоэлектрические громкоговорители обычно используются в будильниках или других небольших механических устройствах для создания простых высококачественных звуковых звуков. Это потому, что они ограничены небольшим количеством частотной характеристики. 11.
По поднятому пантографу напряжение подается в камеры, где находятся пусковые реостаты и контакторы. С помощью контроллеров реостаты подключаются к тяговым электродвигателям, которые расположены на осях тележек. От них ток поступает через шины на рельсы, а затем возвращается к тяговой подстанции, таким образом замыкая электрическую цепь.
Пьезо-драйверы очень важны, потому что они помогают инженерам создавать больше напряжения для создания больших синусоидальных волн. Драйвер пьезоизменяет низкое напряжение батареи на более высокое напряжение, которое используется для питания усилителя, который управляет устройством. Осциллятор вводит малые синусоидальные волны, что усилитель превращается в большие синусоидальные волны.
По меньшей мере восемь смертей были отнесены к неисправной лодке, а во многих других случаях смерти были перечислены как утопление, хотя многие из них, вероятно, были вызваны утоплением электрическим током, некоторые из них были выявлены как таковые путем последующего расследования.
Современный электрический двигатель (машина) используется повсеместно в различных отраслях производства, строительстве, судостроении, автомобилестроении и много где ещё.
Электродвигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Его работа основана на принципе электромагнитной индукции - явления возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного поля, проходящего через него. Электродвигатель состоит из статора (неподвижной части) и ротора (подвижной части). В процессе работы двигателя статор генерирует вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с электрическим полем ротора. В результате создается крутящий момент и ротор приводится в движение.
Молодые мужчины и женщины, которые растут на лодках, часто имеют уверенное, зрелое присутствие. «Это был жаркий летний день», рассказ начинается, когда Ритц, которому сейчас 50 лет, рассказывает о пристани для яхт на пресноводном канале Мултнома реки Вилламетт к северу от Портленда, штат Орегон, где он жил на борту вместе со своей женой и тремя маленькими детьми, Ян, Лукас и Кира. Собственное детство Ритца было полон далеких иностранных портов и жизни на лодках. «Мы собирались жить на борту, учили нашу школу для детей на борту и давали им этот удивительный опыт», - говорит он.
На сегодняшний день электрические двигатели нашли широкое применение и в автомобилестроении. Они могут применяться как в отдельности - на электромобилях, так и совместно с ДВС - различные гибридные автомобили. Наибольшую популярность получили трехфазные электродвигатели переменного тока. От обычных электрических машин, электродвигатели автомобилей отличаются компактностью и повышенной мощностью.
Они позволяли течению переносить их вниз по течению, когда Шерил продолжал следить за док-станцией - активность, которую дети и взрослые наслаждались годами. Когда Лукас подошел к скамье подсудимых, чтобы выйти, он издал вздох и скатился на спину, очевидно, без сознания.
Ритц, работая на лодке, бросился к месту происшествия. «Я проверил пульс и не нашел его», вспоминает он. Я проверил дыхание - Лукас не дышал. Отчет коронера назвал его утопающим. Это не рассчитано на Ритца. Ни разу не было лица Лукаса в воде, - говорит он. «На нем был спасательный жилет, который оставит ваше лицо вне воды, даже если вы без сознания».
Все электродвигатели можно разделить на две большие группы работающие от переменного, либо от постоянного тока, еще существуют универсальные, которые могут работать от обоих типов питания.
По принципу работы электродвигатели переменного тока делятся:
- Синхронные. Ротор в таких двигателях движется синхронно с частотой вращения магнитного поля статора.
- Асинхронные. Магнитное поле статора вращается быстрее ротора.
По количеству фаз электродвигатели переменного тока делятся:
- Однофазный. Питается от однофазной сети. Конструктивная особенность одна рабочая обмотка.
- Двухфазный. Питается от трехфазной сети. Две рабочие обмотки, сдвинутые на 90 градусов в пространстве.
- Трехфазный. Питается от трехфазной сети. Три рабочие обмотки, сдвинутые на 120 градусов в пространстве.
К примеру, на Chevrolet Volt (гибрид) используется трехфазный асинхронный мотор, а на Mitsubishi i-MiEV (полностью электрический автомобиль) - синхронный трехфазный мотор. Электродвигатели разных автопроизводителей различаются по массе, размерам, мощности и другими характеристиками, но при этом они использует один и тот же принцип электромагнитной индукции, открытого М. Фарадеем в 1821 году. На основе трудов М. Фарадея и Э. Ленца в 1834 году был создан первый практически пригодный электрический двигатель. Его создателем является русский ученый Б. С. Якоби.
К преимуществам электродвигателей относится:
- Высокий КПД 85–95%
- Долговечность и простата в использовании.
- Компактность и небольшой вес
- Экологичность
- Возможность использование генераторного режима для рекуперации кинетической энергии автомобиля.
Явных недостатков нет. Но стоит отметить, что отдельное использование электродвигателей без ДВС на автомобилях затруднено из-за несовершенства тяговых аккумуляторных батарей, их высокой стоимости и ограниченной ёмкости. Поэтому большей популярностью пользуются гибридные автомобили, где электромоторы работают совместно с небольшим ДВС, подпитывающим главный аккумулятор. Подобная схема применения в гибридных автомобилях существенно увеличивает запас хода, а также позволяет использование менее ёмких и дорогих аккумуляторных батарей. Но прогресс не стоит на месте, в настоящее время ведутся интенсивные исследования, целью которых является снижение стоимости аккумуляторных батарей и повышение их ёмкости.
Устройство электродвигателя: