Dziś nie można sobie wyobrazić ludzkiej cywilizacji i społeczeństwa high-tech bez elektryczności. Jednym z głównych urządzeń zapewniających działanie urządzeń elektrycznych jest silnik. Maszyna ta ma szerokie zastosowanie: od przemysłu (wentylatory, kruszarki, kompresory) do użytku domowego ( pralki, ćwiczenia itp.). Ale jaka jest zasada działania silnika elektrycznego?
Kolejne silniki biegunowe nie są pojedynczą konstrukcją wielobiegową. Czasami silniki są uzwojone z całkowicie oddzielnymi, wieloma uzwojeniami, co zapewnia im dowolną kombinację pożądanych prędkości. Ten silnik elektryczny działał bardzo dobrze i pewnego dnia w tajemniczy sposób się wyłączył. Elektryk znalazł dwa przepalone bezpieczniki, które następnie wymienił.
Po sprawdzeniu elektryk stwierdził, że te same dwa bezpieczniki ponownie się przepaliły. Jeśli poproszono Cię o pomoc w rozwiązaniu problemu z obwodem silnika, co poleciłbyś jako następny krok? Ewidentnie coś jest nie tak z obwodem, jeśli nadal przepala te same dwa bezpieczniki. Zatem odpowiedź nie brzmi „zainstaluj większe bezpieczniki!”
Zamiar
Zasada działania silnika elektrycznego i jego główne cele to przekazywanie na części robocze energii mechanicznej niezbędnej do realizacji procesów technologicznych. Sam silnik wytwarza go wykorzystując energię elektryczną pobieraną z sieci. Zasadniczo zasada działania silnika elektrycznego polega na przetwarzaniu energii elektrycznej na energię mechaniczną. Ilość energii mechanicznej wytworzonej w jednej jednostce czasu nazywa się mocą.
Warto kontynuować, odpowiadając na pytanie: Jaki rodzaj winy zwykle wyłącza bezpieczniki? Jakiego rodzaju testy można przeprowadzić na takim obwodzie, aby znaleźć tego typu usterki? Należy pamiętać, że silniki elektryczne zachowują się zupełnie inaczej niż wiele innych rodzajów obciążeń. Jest to urządzenie elektromechaniczne, więc problem nie może ograniczać się do usterek elektrycznych!
To pytanie powinno wywołać interesującą dyskusję! Ciekawym „zwrotem” tego problemu jest założenie, że sam silnik sprawdza się dobrze przy badaniu omomierzem i że jego wał można swobodnie obracać ręcznie. Co może być teraz źródłem problemów?
Rodzaje silników
W zależności od charakterystyki sieci zasilającej można wyróżnić dwa główne typy silników: prąd stały i prąd przemienny. Najczęściej spotykane są silniki o wzbudzeniu sekwencyjnym, niezależnym i mieszanym. Przykładami silników są maszyny synchroniczne i asynchroniczne. Pomimo pozornej różnorodności konstrukcja i zasada działania silnika elektrycznego dowolnego przeznaczenia opierają się na oddziaływaniu przewodnika z prądem i polem magnetycznym lub magnesu trwałego (przedmiotu ferromagnetycznego) z polem magnetycznym.
Piezoelektryczność odkryli dwaj francuscy bracia naukowcy, Jacques i Pierre Curie. Dowiedzieli się o piezoelektryczności, gdy po raz pierwszy zdali sobie sprawę, że ciśnienie przyłożone do kwarcu, a nawet niektórych określonych kryształów, wytwarza ładunek elektryczny w tym konkretnym materiale. Później nazwali to dziwne i naukowe zjawisko tzw efekt piezoelektryczny.
Bracia Curie wkrótce odkryli odwrotny efekt piezoelektryczny. Stało się to po tym, jak potwierdzili, kiedy pole elektryczne został wciśnięty do kryształu, spowodował deformację lub zaburzenie kryształu ołowiowego, zwane obecnie odwrotnym efektem piezoelektrycznym.
Rama z prądem - prototyp silnika
Główny punkt w takiej kwestii, jak zasada działania silnika elektrycznego, można nazwać pojawieniem się momentu obrotowego. Zjawisko to można rozważyć na przykładzie ramy przewodzącej prąd, która składa się z dwóch przewodników i magnesu. Prąd doprowadzany jest do przewodów poprzez pierścienie ślizgowe, które są przymocowane do osi ramy obrotowej. Zgodnie ze słynną zasadą lewej ręki na ramę będą działać siły, które wytworzą moment obrotowy wokół osi. Pod wpływem tej całkowitej siły będzie się obracał w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Wiadomo, że moment ten jest wprost proporcjonalny do indukcji magnetycznej (B), (I), powierzchni ramy (S) i zależy od kąta między liniami pola a osią tego ostatniego. Jednakże pod wpływem momentu zmieniającego swój kierunek rama będzie wykonywała ruchy oscylacyjne. Co zrobić dla edukacji stały kierunek? Istnieją dwie opcje tutaj:
Termin piezoelektryczność pochodzi od greckiego słowa piezo, które oznacza ściskanie lub naciskanie. Co ciekawe, elektryczny oznacza po grecku bursztyn. Źródłem okazał się także bursztyn ładunek elektryczny. 2. Obecnie wiele urządzeń elektronicznych wykorzystuje piezoelektryczność. Ten kryształ piezoelektryczny przekształca energię dźwiękową w Twój głos i zmienia go sygnały elektryczne do komputera lub telefonu. 3 Wszystko staje się możliwe dzięki piezoelektryczności. Tworzenie różnych, bardziej zaawansowanych technologii można prześledzić od odkrycia piezoelektryczności.
- Zmień kierunek prąd elektryczny w ramie i położeniu przewodów względem biegunów magnesu;
- zmienić kierunek samego pola, mimo że rama obraca się w tym samym kierunku.
Pierwsza opcja jest stosowana w przypadku silników prąd stały. Druga to zasada działania silnika elektrycznego. prąd przemienny.
Dziś obserwujemy rozwój coraz bardziej materiałów i urządzeń piezoelektrycznych. Jak stwierdzono, ściskanie materiału piezoelektrycznego wytwarza energię elektryczną. Rysunek 1 wyjaśnia tę koncepcję. Piezo materiał ceramiczny- nieprzewodząca ceramika piezoelektryczna lub kryształ - umieszczona pomiędzy dwiema metalowymi płytkami. Wytwarzanie piezoelektryczności wymaga skompresowania lub skompresowania materiału. Naprężenia mechaniczne wywierane na piezoelektryczny materiał ceramiczny wytwarzają energię elektryczną.
Jak pokazano na FIG. 1, na materiale występuje potencjał napięcia. Dwie metalowe płyty warstwowe z piezokryształu. Zatem efekt piezoelektryczny działa jak miniaturowa bateria, wytwarzając energię elektryczną. Jest to bezpośredni efekt piezoelektryczny. Do urządzeń wykorzystujących bezpośredni efekt piezoelektryczny należą mikrofony, czujniki ciśnienia, hydrofony i wiele innych wrażliwych typów urządzeń.
Zmiana kierunku prądu względem magnesu
Aby zmienić kierunek ruchu naładowanych cząstek w przewodniku ramy przewodzącej prąd, potrzebne jest urządzenie, które ustalałoby ten kierunek w zależności od położenia przewodników. Konstrukcja ta jest realizowana poprzez zastosowanie styków ślizgowych, które służą do dostarczania prądu do ramy. Gdy jeden pierścień zastępuje dwa, gdy rama zostanie obrócona o pół obrotu, kierunek prądu zmienia się na przeciwny, ale moment obrotowy go utrzymuje. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę, że jeden pierścień jest złożony z dwóch połówek, które są od siebie odizolowane.
Efekt piezoelektryczny można odwrócić, co nazywa się odwrotnym efektem piezoelektrycznym. Tworzy się to poprzez zastosowanie napięcie elektryczne aby zmniejszyć lub rozszerzyć kryształ piezoelektryczny. Odwrotny efekt piezoelektryczny ulega konwersji energia elektryczna do mechanicznych.
Wykorzystanie odwrotnego efektu piezoelektrycznego może pomóc w opracowaniu urządzeń generujących i wytwarzających akustyczne fale dźwiękowe. Przykładami piezoelektrycznych urządzeń akustycznych są głośniki lub brzęczyki. Zaletą tych głośników jest to, że są bardzo cienkie, co czyni je przydatnymi w wielu telefonach. Nawet medyczne przetworniki ultradźwiękowe i sonarowe wykorzystują odwrotny efekt piezoelektryczny. Do nieakustycznych odwrotnych urządzeń piezoelektrycznych zaliczają się silniki i siłowniki.
Projekt maszyny prądu stałego
Powyższy przykład przedstawia zasadę działania silnika prądu stałego. Prawdziwa maszyna ma oczywiście bardziej złożoną konstrukcję, w której wykorzystuje się dziesiątki ramek tworzących uzwojenie twornika. Przewodniki tego uzwojenia umieszczone są w specjalnych rowkach w cylindrycznym rdzeniu ferromagnetycznym. Końce uzwojeń są połączone z izolowanymi pierścieniami, które tworzą kolektor. Uzwojenie, komutator i rdzeń stanowią twornik, który obraca się w łożyskach na korpusie samego silnika. Wzbudzające pole magnetyczne wytwarzane jest przez bieguny magnesów trwałych, które znajdują się w obudowie. Uzwojenie jest podłączone do sieci zasilającej i można je włączyć niezależnie od obwodu twornika lub szeregowo. W pierwszym przypadku silnik elektryczny będzie miał wzbudzenie niezależne, w drugim - sekwencyjne. Istnieje również konstrukcja z mieszanym wzbudzeniem, gdy stosowane są jednocześnie dwa rodzaje połączeń uzwojenia.
Materiały piezoelektryczne to materiały, które mogą wytwarzać energię elektryczną w wyniku naprężeń mechanicznych, takich jak ściskanie. Materiały te mogą również odkształcać się pod wpływem naprężenia. Wszystkie materiały piezoelektryczne są nieprzewodzące, więc efekt piezoelektryczny może wystąpić i działać. Można je podzielić na dwie grupy: kryształy i ceramikę. 4.
Te materiały sztuczne mają bardziej wyraźny efekt niż kwarc i inne naturalne materiały piezoelektryczne. Kwarc, znany materiał piezoelektryczny, jest także pierwszym znanym materiałem piezoelektrycznym. Jest powszechnie stosowany do produkcji przetworników ultradźwiękowych, kondensatorów ceramicznych oraz innych czujników i siłowników. Ma również specjalny zakres różnych właściwości.
Maszyna synchroniczna
Zasada działania synchronicznego silnika elektrycznego polega na konieczności wytworzenia wirującego pola magnetycznego. Następnie należy umieścić w tym polu w tym polu przewodniki przepływające wokół prądu stałego. Zasada działania synchronicznego silnika elektrycznego, która stała się bardzo rozpowszechniona w przemyśle, opiera się na powyższym przykładzie z ramą przewodzącą prąd. Pole wirujące wytwarzane przez magnes generowane jest przez układ uzwojeń podłączonych do źródła zasilania. Zwykle używany uzwojenia trójfazowe jednak zasada działania prądu przemiennego nie będzie się różnić od prądu trójfazowego, z wyjątkiem być może liczby samych faz, co nie ma znaczenia, biorąc pod uwagę cechy konstrukcyjne. Uzwojenia są umieszczone w żłobkach stojana z pewnym przesunięciem na obwodzie. Odbywa się to w celu wytworzenia wirującego pola magnetycznego w utworzonej szczelinie powietrznej.
Tytanian baru to ferroelektryczny materiał ceramiczny o właściwościach piezoelektrycznych. 6 Z tego powodu tytanian baru był używany jako materiał piezoelektryczny dłużej niż większość innych. Niobian litu to związek łączący tlen, lit i niob.
Jako pierwszy opracował sonar, który pomagał wykrywać góry lodowe. Jednak zainteresowanie sonarem wzrosło podczas I wojny światowej, ponieważ pomagał lokalizować okręty podwodne pod wodą. Oczywiście sonar ma dziś wiele celów i zastosowań, od wyszukiwania ryb po nawigację podwodną i tak dalej.
Równoczesność
Bardzo ważnym punktem jest synchroniczna praca silnika elektrycznego o powyższej konstrukcji. Kiedy pole magnetyczne oddziałuje z prądem w uzwojeniu wirnika, powstaje sam proces obrotu silnika, który będzie synchroniczny względem obrotu pola magnetycznego powstającego na stojanie. Synchronizacja zostanie zachowana aż do osiągnięcia maksymalnego momentu obrotowego, co spowodowane jest oporem. W miarę wzrostu obciążenia maszyna może utracić synchronizację.
Na rysunku 3 sonar wysyła falę dźwiękową przez nadajnik, aby wyszukać obiekty przed sobą. Nadajnik wykorzystuje odwrotny efekt piezoelektryczny, który gdy nadajnik użyje napięcia, aby pomóc mu wysłać falę dźwiękową. Gdy fala dźwiękowa uderzy w obiekt, powróci. Odbijająca się fala dźwiękowa zostanie wykryta przez odbiornik.
Odbiornik w odróżnieniu od nadajnika wykorzystuje bezpośredni efekt piezoelektryczny. Urządzenie piezoelektryczne odbiornika jest kompresowane przez powracającą falę dźwiękową. Wysyła sygnał do elektronika elektroniczna przetwarzanie sygnału, który wraz ze zwrotem dźwięku odbierze falę dźwiękową i rozpocznie jej przetwarzanie. Określi odległość obiektu poprzez obliczenie sygnałów taktowania z nadajnika i odbiornika.
Silnik asynchroniczny
Zasada działania polega na obecności wirującego pola magnetycznego i zamkniętych ram (obwodów) na wirniku - części obrotowej. Pole magnetyczne wytwarzane jest w taki sam sposób, jak w silniku synchronicznym - za pomocą uzwojeń umieszczonych w żłobkach stojana, które są podłączone do sieci napięcia przemiennego. Uzwojenia wirnika składają się z kilkunastu zamkniętych pętli i ramek i zwykle mają dwa rodzaje konstrukcji: fazową i zwartą. Zasada działania silnika prądu przemiennego jest taka sama w obu wersjach, zmienia się jedynie konstrukcja. W przypadku wirnika klatkowego (zwanego także klatką wiewiórkową) uzwojenie jest wypełniane w szczelinach roztopionym aluminium. Wykonując uzwojenie fazowe, końce każdej fazy są wyciągane za pomocą ślizgowych pierścieni stykowych, ponieważ umożliwi to włączenie do obwodu dodatkowych rezystorów niezbędnych do regulacji prędkości obrotowej silnika.
Rysunek 4 przedstawia działanie siłownika piezoelektrycznego. Podstawa pozostaje nieruchoma i działa jak metalowa płyta, która otacza środkowy materiał piezoelektryczny. Następnie do materiału przykłada się napięcie, które rozszerza się i kurczy pod wpływem pola elektrycznego przyłożonego napięcia. Kryształ piezoelektryczny porusza się bardzo mało, zarówno do przodu, jak i do tyłu. Gdy materiał piezoelektryczny lub kryształ się porusza, powoli popycha i ciągnie siłownik.
Siłownik piezoelektryczny ma wiele zastosowań i zastosowań. Na przykład maszyny dziewiarskie i maszyny brajlowskie korzystają z tych napędów, ponieważ mają tak mało ruchomych części i bardzo prosty projekt. Można je znaleźć nawet w kamerach wideo i telefonach komórkowych, ponieważ okazały się najskuteczniejszym mechanizmem autofokusa. 10.
Maszyna trakcyjna
Zasada działania silnika trakcyjnego jest podobna do silnika prądu stałego. Z sieci zasilającej prąd dostarczany jest do trójfazowego prądu przemiennego, przesyłanego do specjalnych podstacji trakcyjnych. Jest tam prostownik. Przekształca prąd przemienny na prąd stały. Zgodnie ze schematem odbywa się to z jedną z polaryzacji przewody kontaktowe, drugi - bezpośrednio do szyn. Należy pamiętać, że wiele mechanizmów trakcyjnych pracuje z częstotliwością inną niż ustalona przemysłowo (50 Hz). Dlatego stosują zasadę działania, która polega na przetwarzaniu częstotliwości i kontrolowaniu tej charakterystyki.
Głośniki i brzęczyki piezoelektryczne. Głośniki i brzęczyki piezoelektryczne wykorzystują odwrotny efekt piezoelektryczny do generowania i odtwarzania dźwięku. Po przyłożeniu napięcia do głośników i sygnałów audio powstają fale dźwiękowe. Sygnał napięcia audio doprowadzony do piezoelektrycznych głośników ceramicznych lub sygnały dźwiękowe, sprawi, że materiał wibruje w powietrzu. Wibracje te wytwarzają fale dźwiękowe wydobywające się z głośnika.
Głośniki piezoelektryczne są powszechnie stosowane w budzikach i innych małych urządzeniach mechanicznych w celu uzyskania prostych dźwięków o wysokiej jakości dźwięki dźwiękowe. Dzieje się tak dlatego, że są one ograniczone do niewielkiej liczby Pasmo przenoszenia. 11.
Poprzez podniesiony pantograf napięcie dostarczane jest do komór, w których znajdują się reostaty rozruchowe i styczniki. Za pomocą sterowników łączy się reostaty z silnikami trakcyjnymi, które znajdują się na osiach wózków. Z nich prąd przepływa przez opony na szyny, a następnie wraca do podstacji trakcyjnej, zamykając w ten sposób obwód elektryczny.
Sterowniki piezoelektryczne są bardzo ważne, ponieważ pomagają inżynierom zastosować większe napięcie w celu wytworzenia większych fal sinusoidalnych. Sterownik piezoelektryczny zmienia niskie napięcie akumulatora na wyższe Wysokie napięcie, który służy do zasilania wzmacniacza napędzającego urządzenie. Oscylator wprowadza małe fale sinusoidalne, które wzmacniacz zamienia na duże fale sinusoidalne.
Co najmniej osiem zgonów przypisano wadliwej łodzi, a wiele innych zgonów uznano za utonięcie, chociaż wiele z nich było prawdopodobnie spowodowanych porażeniem prądem elektrycznym, niektóre zostały zidentyfikowane jako takie w późniejszym dochodzeniu.
Nowoczesny silnik elektryczny (maszyna) znajduje zastosowanie wszędzie w różnych gałęziach przemysłu, budownictwie, przemyśle stoczniowym, przemyśle motoryzacyjnym i wielu innych miejscach.
Silnik elektryczny to urządzenie, które zamienia energię elektryczną na energię mechaniczną. Jego działanie opiera się na zasadzie indukcji elektromagnetycznej – zjawisku pojawiania się prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym, gdy zmienia się przechodzące przez niego pole magnetyczne. Silnik elektryczny składa się ze stojana (część stała) i wirnika (część ruchoma). Podczas pracy silnika stojan wytwarza wirujące pole magnetyczne, które oddziałuje z polem elektrycznym wirnika. W rezultacie powstaje moment obrotowy i wprawiany jest w ruch wirnik.
Młodzi mężczyźni i kobiety, którzy dorastają na łodziach, często charakteryzują się pewnością siebie i dojrzałością. „To był gorący letni dzień” – historia zaczyna się, gdy 50-letni obecnie Ritz opowiada o marinie na kanale słodkowodnym Multnomah na rzece Willamette na północ od Portland w stanie Oregon, gdzie mieszkał na pokładzie z żoną i trójką małych dzieci, Ianem. , Lucasa i Kiry. Dzieciństwo Ritza było pełne odległych zagranicznych portów i życia na łodziach. „Zamierzaliśmy mieszkać na pokładzie, uczyć dzieci w naszej szkole i zapewniać im to niesamowite przeżycie” – mówi.
Obecnie silniki elektryczne są szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym. Można je stosować zarówno samodzielnie – w pojazdach elektrycznych, jak i w połączeniu z silnikami spalinowymi – w różnych pojazdach hybrydowych. Najpopularniejsze są silniki trójfazowe prądu przemiennego. Elektryczne silniki samochodowe różnią się od konwencjonalnych samochodów elektrycznych swoją kompaktowością i zwiększoną mocą.
Pozwolili, aby prąd niósł ich w dół rzeki, podczas gdy Cheryl nadal monitorowała dok, co sprawiało radość dzieciom i dorosłym przez lata. Kiedy Lucas zbliżył się do nabrzeża, aby wyjść, westchnął i przewrócił się na plecy, najwyraźniej nieprzytomny.
Na miejsce zdarzenia przybył Ritz, który pracował na łodzi. „Sprawdziłem puls i nie mogłem go znaleźć” – wspomina. Sprawdziłem jego oddech i Lucas nie oddychał. W raporcie koronera stwierdzono, że doszło do utonięcia. To nie jest przeznaczone dla hotelu Ritz. Mówi, że twarz Lucasa nigdy nie była w wodzie. „Miał na sobie kamizelkę ratunkową, która ochroni twoją twarz przed wodą, nawet jeśli będziesz nieprzytomny”.
Wszystkie silniki elektryczne można podzielić na dwie duże grupy, zasilane prądem przemiennym lub stałym, są też silniki uniwersalne, które mogą pracować na obu rodzajach mocy.
Zgodnie z zasadą działania silniki elektryczne prądu przemiennego dzielą się na:
- Synchroniczny. Wirnik w takich silnikach porusza się synchronicznie z częstotliwością wirowania pola magnetycznego stojana.
- Asynchroniczny. Pole magnetyczne stojana obraca się szybciej niż wirnik.
Ze względu na liczbę faz silniki elektryczne prądu przemiennego dzielą się na:
- Jednofazowy. Obsługiwane przez sieć jednofazowa. Funkcja projektowania jedno uzwojenie robocze.
- Dwufazowe. Obsługiwane przez sieć trójfazowa. Dwa uzwojenia robocze, przesunięte w przestrzeni o 90 stopni.
- Trójfazowy. Zasilany z sieci trójfazowej. Trzy uzwojenia robocze, przesunięte w przestrzeni o 120 stopni.
Na przykład Chevrolet Volt (hybrydowy) wykorzystuje trójfazowy silnik asynchroniczny, a Mitsubishi i-MiEV (samochód całkowicie elektryczny) wykorzystuje trójfazowy silnik synchroniczny. Silniki elektryczne różnych producentów samochodów różnią się masą, rozmiarem, mocą i innymi cechami, ale wykorzystują tę samą zasadę indukcji elektromagnetycznej, odkrytą przez M. Faradaya w 1821 roku. Na podstawie prac M. Faradaya i E. Lenza pierwszy, praktycznie nadający się do użytku, silnik elektryczny powstał w 1834 roku. Jego twórcą jest rosyjski naukowiec B. S. Jacobi.
Do zalet silników elektrycznych zalicza się:
- Wysoka wydajność 85–95%
- Trwałe i łatwe w użyciu.
- Kompaktowy i lekki
- Przyjazność dla środowiska
- Możliwość wykorzystania trybu generatora do odzyskiwania energii kinetycznej pojazdu.
Nie ma wyraźnych niedociągnięć. Warto jednak zaznaczyć, że oddzielne zastosowanie w samochodach silników elektrycznych bez silników spalinowych jest utrudnione ze względu na niedoskonałości akumulatorów trakcyjnych, ich wysoki koszt i ograniczoną pojemność. Dlatego też coraz większą popularnością cieszą się samochody hybrydowe, w których silniki elektryczne współpracują z małym silnikiem spalinowym zasilającym akumulator główny. Taki schemat zastosowania w samochodach hybrydowych znacznie zwiększa rezerwę mocy, a także pozwala na zastosowanie mniej pojemnych i drogich akumulatorów. Ale postęp nie stoi w miejscu, obecnie trwają intensywne badania, których celem jest obniżenie kosztów akumulatorów i zwiększenie ich pojemności.
Konstrukcja silnika elektrycznego: