Главная » Электрооборудование » В устройстве электрического двигателя используют явление. Полупроводниковые электрические приборы. Механизм работы отдельных типов двигателя

В устройстве электрического двигателя используют явление. Полупроводниковые электрические приборы. Механизм работы отдельных типов двигателя

Электродвигатель является одним из ключевых изобретений человечества. Именно благодаря электрическим моторам нам удалось добиться такого высокого развития нашей цивилизации. Основные принципы работы этого устройства изучаются уже в школе. Современный электродвигатель может выполнять множеств различных задач. В основе его работы лежит передача вращения электроприводного вала на другие виды движения. В этой статье мы подробно рассмотрим, как работает это устройство.

Электромагнетизм служит основным принципом работы для многих бытовых приборов в бытовых приложениях. Эти приложения включают освещение, кухонные приборы, системы кондиционирования воздуха и т.д. Наиболее доминирующее использование власти в домах, а также в коммерческих зданиях - это системы освещения. В этих системах освещения использовались многочисленные люминесцентные светильники. Электрические вентиляторы, воздуходувки и другие системы охлаждения используют электродвигатели. Эти двигатели работают по принципу электромагнитной индукции, который является ветвью электромагнетизма. В любом электроприборе электродвигатель перемещается магнитным полем, создаваемым электрическим током в соответствии с принципом силы Лоренца. Кухонные принадлежности, такие как индукционные плиты, микроволновые печи, электрические миксеры и шлифовальные машины, хлебные тостеры и т.д. используют электромагнетизм для их работы. Тревожные системы используют электрические колокола, которые работают на основе электромагнитного принципа. В этих колоколах звук создается электромагнитными катушками, которые перемещают ударника против колокола. Пока катушка заряжается, железный нападающий привлекает ее, поэтому она ударяет по колоколу. Электромагниты будут размагничиваться, когда нападающий соприкасается с колоколом, а нападающий пружины возвращается в исходное положение, и снова электрический контакт будет сделан снова. Этот процесс повторяется, пока коммутатор не откроется. Системы безопасности используют блокирующие системы для дверей, которые, как правило, представляют собой магнитные блокировочные системы. Эти системы разблокируются либо с помощью магнитной карты, либо с защитным кодом. Считыватель магнитных карт на дверях считывает количество ключей, хранящихся на магнитной ленте карты. Когда ключ, сохраненный в памяти, совпадает с данными на карте, открывается дверь. Система развлечений, например, телевизор, радио или стереосистема, использует громкоговоритель. Это устройство состоит из электромагнита, который прикреплен к мембране или конусу, окруженному магнитным потоком, создаваемым постоянным магнитом. Когда ток через электромагнит изменяется, электромагнит и мембрана динамика перемещаются вперед и назад. Если ток изменяется на тех же частотах звуковых волн, возникает вибрация динамика, которая будет дополнительно создавать звуковые волны. Эти двигатели различаются по размеру, рейтингу и стоимости на основе приложения. . Почти все приборы или устройства, используемые в промышленности, основаны на электромагнетизме.

Характеристики электродвигателей

Электромотор, по сути, представляет собой прибор, при помощи которого электрическая энергия переходит в механическую. В основе этого явления лежит магнетизм. Соответственно, в конструкцию электродвигателя входят постоянные магниты и электрические магниты, а также различные другие материалы, обладающие притягивающими свойствами. Сегодня этот прибор используется практически повсеместно. Например, электромотор является ключевой деталью часов, стиральных машин, кондиционеров, миксеров, фенов, вентиляторов, кондиционеров и других бытовых приборов. Вариантов использования электродвигателя в промышленности бесчисленное множество. Их размеры тоже варьируются от головки спички до двигателя на поездах.

Материалы, используемые при конструировании таких устройств, включают железо, кобальт, никель и т.д. Которые, естественно, реагируют на магнитные поля. Начиная с небольших приборов управления и заканчивая мощным силовым оборудованием, электромагнетизм используется, по крайней мере, на одном этапе их работы.

Генераторы и двигатели доминируют в большинстве отраслей промышленности, которые являются основным источником питания и приводными системами соответственно. Различные датчики и исполнительные устройства - это работы, основанные на электромагнетизме. Электромагнитные датчики включают датчики Холла, магниторезистивные датчики, датчики магнитного потока и т.д. эти датчики преобразуют физическую величину, такую как поток, давление, уровень, близость и т.д. в электрический сигнал. Приводы - это конечные элементы управления, которые управляют нагрузкой при определенных условиях. Эти приводные устройства включают в себя электромагнитные клапаны, реле, двигатели и т.д. И все эти работы выполняются по принципу электромагнетизма.

Существуют различные классы двигателей, которые используются в промышленности.
Они используются для кранов, подъемников, подъемников, конвейерных систем и т.д.

Это современная технология транспортных систем, использующих концепцию электромагнетизма.

Виды электромоторов

В настоящее время производится множество разновидностей электромоторов, которые разделяются по типу конструкции и электропитания.

По принципу электропитания все модели можно разделить на:

устройства переменного тока, которые в качестве питания используют электросеть;
приборы постоянного тока, работающие от блоков питания, пальчиковых батареек, аккумуляторов и других подобных источников.

Они называются высокоскоростными поездами, которые используют мощные электромагниты для развития скорости. Эти поезда будут плавать по направляющей, используя основные принципы магнитов, таких как электромагнитная подвеска и электродинамическая подвеска.

Эти магниты обтекают направляющие рельсы и силу притяжения между направляющими и магнитами поднимают поезд вверх. Направляющая - это не что иное, как устройство специально разработанных магнитных катушек и дорожек с регулярными интервалами. Вдоль этой направляющей поезд маглеров подвешен феноменом магнитной левитации без каких-либо опоры, кроме магнитных полей.

По механизму работы все электродвигатели разделяются на:

синхронные, имеющие роторные обмотки и щеточный механизм, использующийся для подачи на обмотки электрического тока;
асинхронные, отличающиеся более простой конструкцией без щеток и роторных обмоток.

Принцип работы этих электромоторов существенно отличается. Синхронный двигатель вращается с той же скоростью, что и магнитное поле, которое его вращает. В то же время, асинхронный мотор вращается с меньшей скоростью, чем электромагнитное поле.

Направляющая состоит из электромагнитных катушек, построенных на поверхности дорожки. Эти катушки сконструированы с использованием материала сердечника и обмотки катушек. Когда электромагниты находятся под напряжением, поезд будет левитирован силой притяжения между электромагнитами и катушками.

Следовательно, для такого типа систем необходим большой источник электроэнергии, электромагнитные катушки, накладывающие направляющие и направляющие магниты, прикрепленные к нижней стороне поезда. Это процесс передачи информации от источника получателю. Эта передача энергии на большие расстояния осуществляется через электромагнитные волны на высоких частотах. Эти волны также называют микроволнами или высокочастотными радиоволнами.

Классы электродвигателей (различаются в зависимости от используемого тока) :

класс AC (Alternating Current) - работает от переменного источника тока;
класс DC (Direct Current) - использует для работы постоянный ток;
универсальный класс, который может использовать для работы любой источник тока.

Кроме того, электрические двигатели могут отличаться не только по типу конструкции, но и также по способам контроля скорости вращений. При этом, во всех устройствах независимо от типа используется один и тот же принцип преобразования электрической энергии в механическую.

Предположим, что в случае мобильных телефонов звуковая энергия преобразуется в электромагнитную энергию. Используя радиопередатчики, эта электромагнитная энергия передается приемнику. На приемнике эти электромагнитные волны снова преобразуются обратно в звуковую энергию.

В зависимости от характера сигнала основной полосы частот, системами связи могут быть аналоговые или цифровые системы связи. В зависимости от характера передаваемого сигнала эта система классифицируется как системы базовой полосы и несущей. Электромагнитные поля, создаваемые источниками, изменяющимися во времени, распространяются через волновод или линию передачи. Излучение электромагнитной волны формируется, когда эти электромагнитные поля распространяются от источников без какой-либо связи или проводящей среды с источниками.

Принцип работы агрегата на постоянном токе

Этот тип электромотора работает на основе принципа, разработанного Майклом Фарадеем в далеком 1821 году. Его открытие заключается в том, что при взаимодействии электрического импульса с магнитом есть вероятность возникновения постоянного вращения. То есть, если в магнитном поле разметить вертикальную рамку и пропустить по ней электрический ток, то вокруг проводника может возникнуть электромагнитное поле. Оно будет непосредственно контактировать с полюсами магнитов. Получается, что к одному из магнитов рамка будет притягиваться, а от другого отталкиваться. Соответственно, она повернется из вертикального положения в горизонтальное, в котором влияние магнитного поля на проводник будет нулевым. Получается, что для продолжения движения нужно будет дополнить конструкцию еще одной рамкой под углом или же поменять направление тока в первой рамке. В большинстве приборов это достигается за счет двух полуколец, к которым присоединяются контактные пластинки от аккумулятора. Они способствуют быстрому изменению полярности, в результате чего движение продолжается.

Электромагнитный спектр состоит из разного диапазона всех возможных длин волн или частот электромагнитного излучения. Эти частотные диапазоны включают низкочастотную, сверхнизкую частоту, среднюю частоту, высокую частоту, сверхвысокую частоту, сверхвысокую частоту и т.д.

В настоящее время электромагнитные поля играют ключевую роль в современном медицинском оборудовании, таком как гипертермия для лечения рака, имплантатов и магнитно-резонансной томографии. Электромагнитная терапия является альтернативной формой медицины, которая утверждает, что лечит болезнь, применяя импульсные электромагнитные поля или электромагнитное излучение к телу. Этот вид лечения используется для широкого спектра заболеваний, таких как нервные расстройства, диабет, травмы спинного мозга, язвы, астма и т.д.

Современные электромоторы не имеют постоянных магнитов, так как их место занимаю электрические магниты и катушки индуктивности. То есть, если вы разберете любой такой двигатель, то увидите витки проволоки, покрытые изоляционным составом. По сути, они и представляют собой электромагнит, который еще называется обмоткой возбуждения. Постоянные магниты в конструкции электродвигателей применяются только в небольших детских игрушках, работающих от пальчиковых батареек. Все остальные более мощные электродвигатели оснащаются только электрическими магнитами или же обмотками. При этом, вращающаяся деталь получила название ротор, а статичная - статор.

Многие медицинские устройства, такие как сканеры, рентгеновское оборудование и другое оборудование, используют принцип электромагнетизма для их функционирования. Пьезоэлектрический эффект - это способность некоторых материалов генерировать электрический заряд в ответ на приложенное механическое напряжение. Слово Пьезоэлектрик происходит от греческого пьезеина, что означает сжать или надавить, а пьезо, что является греческим для «толчка».

Одна из уникальных характеристик пьезоэлектрического эффекта заключается в том, что он обратимый, что означает, что материалы с прямым пьезоэлектрическим эффектом также демонстрируют обратный пьезоэлектрический эффект. Когда пьезоэлектрический материал находится под механическим напряжением, происходит сдвиг положительных и отрицательных зарядовых центров в материале, что приводит к внешнему электрическому полю. При обратном внешнем электрическом поле растягивается или сжимается пьезоэлектрический материал.

Как работает асинхронный электромотор

Корпус асинхронного двигателя вмещает в себя обмотки статора, благодаря которым и создается вращающееся поле магнита. Концы для подключения обмоток выводят через специальную клеммную колодку. Охлаждение осуществляется за счет вентилятора, размещенного на вале в торце электрического двигателя. Ротор плотно соединен с валом, изготовленным из металлических стержней. Эти короткозамкнутые стержни замыкаются между собой с обеих сторон. За счет такой конструкции, двигатель не нуждается в периодическом обслуживании, так как здесь нет необходимости время от времени менять токоподающие щетки. Именно поэтому, асинхронные моторы считаются более надежными и долговечными, чем синхронные. В основном причиной поломки асинхронных двигателей является изнашивание подшипников, на которых осуществляется вращение вала.

Пьезоэлектрический эффект очень полезен во многих приложениях, которые включают в себя производство и обнаружение звука, генерацию высоких напряжений, генерацию электронной частоты, микробалансы и ультратонкую фокусировку оптических сборок. Он также является основой ряда научных инструментальных методов с атомным разрешением, таких как сканирующие зондовые микроскопы. Пьезоэлектрический эффект также используется в более мирских приложениях, например, в качестве источника зажигания для зажигалок для сигарет.

История пьезоэлектрического эффекта

Объединив свои знания пироэлектричества с их пониманием кристаллических структур и поведения, братья Кюри продемонстрировали первый пьезоэлектрический эффект, используя кристаллы турмалина, кварца, топаза, тростникового сахара и соли Рошеля. Их первоначальная демонстрация показала, что кварц и соль Рошеля проявили наибольшую способность пьезоэлектричества в то время.

Для работы асинхронных двигателей необходимо, чтобы вращение ротора осуществлялось медленнее, чем вращение электромагнитного поля статора. Именно за счет этого в роторе и возникает электрический ток. Если бы вращение осуществлялось с одинаковой скоростью, то по закону индукции ЭДС не образовывалось бы, и отсутсвовало вращение в целом. Однако, в настоящей жизни за счет трения подшипников и повышенной нагрузки на вал ротор будет крутиться медленнее. Магнитные полюса регулярно вращаются в обмотках ротора, за счет чего постоянно изменяется направление тока в роторе.

В течение следующих нескольких десятилетий пьезоэлектричество оставалось в лаборатории, чему можно было экспериментировать, поскольку была предпринята больше работы для изучения большого потенциала пьезоэлектрического эффекта. Прорыв Первой мировой войны ознаменовал введение первого практического применения для пьезоэлектрических устройств, которое было сонарным устройством. Это первоначальное использование пьезоэлектричества в гидролокаторе создавало интенсивный международный интерес к развитию пьезоэлектрических устройств.

По этому же принципу работает и круговая пила, так как наибольшие обороты она набирает без нагрузки. Когда пила начинает резать доску, ее скорость вращения снижается и одновременно ротор начинает вращаться медленнее по отношению к электромагнитному полю. Соответственно, по законам электротехники в нем начинает возникать еще большая величина ЭДС. После этого возрастает потребляемый мотором ток и он начинает работу на полной мощности. При нагрузке, при которой мотор застопорится, может возникнуть разрушение короткозамкнутого ротора. Это возникает из-за того, что в двигателе возникает максимальная величина ЭДС. Именно поэтому необходимо подбирать электромотор необходимой мощности. Если взять двигатель слишком большой мощности, то это может привести к неоправданным затратам энергии.

В течение следующих нескольких десятилетий были изучены и разработаны новые пьезоэлектрические материалы и новые приложения для этих материалов. Хотя кристаллы кварца были первым коммерчески эксплуатируемым пьезоэлектрическим материалом и все еще использовались в приложениях для обнаружения сонара, ученые продолжали искать материалы с более высокой производительностью. Это интенсивное исследование привело к развитию титаната бария и титаната цирконата свинца, двух материалов, которые обладают очень специфическими свойствами, подходящими для конкретных применений.

Скорость, с которой вращается ротор, в данном случае зависит от количества полюсов. Если в устройстве имеется два полюса, то скорость вращения будет соответствовать скорости вращения магнитного поля. Максимально асинхронный электрический двигатель может развивать до 3 тысяч оборотов в секунду. Частота сети при этом может составлять до 50 Гц. Для уменьшения скорости в два раза вам придется повысить количество полюсов в статоре до 4 и так далее. Единственный недостаток асинхронных моторов - это то, что они могут поддаваться регулировке скорости вращения вала только посредством изменения частоты электрического тока. Кроме того, в асинхронном моторе вы не сможете добиться постоянной частоты вращения вала.

Существует много материалов, как природных, так и искусственных, которые проявляют целый ряд пьезоэлектрических эффектов. Пример антропогенных пьезоэлектрических материалов включает титанат бария и титанат цирконата свинца. На сегодняшний день эта инициатива по разработке новых бессвинцовых пьезоэлектрических материалов привела к появлению новых пьезоэлектрических материалов, которые являются более экологически безопасными.

Применения, наиболее подходящие для пьезоэлектрического эффекта

Из-за внутренних характеристик пьезоэлектрических материалов существует множество применений. которые выигрывают от их использования.

Высокое напряжение и источники питания

Примером применения в этой области является электрическая зажигалка, в которой нажатие кнопки приводит к тому, что подпружиненный молоток попадает в пьезоэлектрический кристалл, тем самым создавая достаточно высокое напряжение, которое электрический ток протекает через небольшой искровой промежуток, нагревая и зажигая газ, Большинство типов газовых горелок и диапазонов имеют встроенные системы впрыска на основе пьезосодержащих материалов.

Как работает синхронный электрический двигатель переменного тока

Синхронный электрический двигатель применяется в тех случаях, когда нужна постоянная скорость вращения и возможность ее быстрой регулировки. Кроме того, синхронный мотор используется там, где нужно добиться скорости вращения более 3 тысяч оборотов, что является пределом для асинхронного двигателя. Поэтому, такой тип электродвигателя преимущество используется в бытовой технике, такой как пылесос, электрический инструментарий, стиральная машина и так далее.

Корпус синхронного мотора переменного тока содержит обмотки, которые наматываются на якорь и ротор. Их контакты припаиваются к секторам токосъемного коллектора и кольца, на которые посредством графитовых щеток подают напряжение. Выводы здесь располагаются так, чтобы щетки всегда подавали напряжения только на одну пару. Из недостатков синхронного мотора можно отметить их меньшую надежность, по сравнению асинхронными двигателями.

Самые частые поломки синхронных двигателей:

Преждевременный износ щеток или нарушение их контакта из-за ослабления пружины.
Загрязнение коллектора, который чистится при помощи спирта или нулевой наждачной бумаги.
Изнашивание подшипников.

Принцип работы синхронного мотора

Вращающий момент в таком электродвигателе создается путем взаимодействия между магнитным полем и током якоря, которые контактируют между собой в обмотке возбуждения. По мере направления переменного тока будет изменяться и направление магнитного потока, что обеспечивает вращение в только в одну сторону. Скорость вращения регулируется путем изменения силы подаваемого напряжения. Изменение скорости напряжения чаще всего используется в пылесосах и дрелях, где для этой цели применяется переменное сопротивление или реостат.

Механизм работы отдельных типов двигателя

Промышленные электродвигатели могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В основе их конструкции лежит статор, который представляет собой электромагнит, создающий магнитное поле. Промышленный электромотор содержит обмотки, которые поочередно подключаются к источнику питания при помощи щеток. Они попеременно поворачивают ротор на определенный угол, что приводит его в движение.

Самый простой электродвигатель для детских игрушек может работать только при помощи постоянного тока. То есть, он может получать ток от пальчиковой батарейки или аккумулятора. Ток при этом проходит по рамке, находящейся между полюсами магнита постоянного типа. Благодаря взаимодействию магнитных полей рамки с магнитом она начинает вращаться. По завершению каждого полуоборота, коллектор переключает контакты в рамке, которые проходят к батарейке. В результате этого рамка совершает вращательные движения.

Таким образом, на сегодняшний день существует большое количество электродвигателей разнообразного предназначения, которые имеют один принцип работы.

Электродвигателем называется техническая система, в которой энергия электричества трансформируется в энергию механического типа. Работа такого двигателя построена на явлении электромагнитной индукции. Устройство электромотора предполагает наличие в нем неподвижного элемента – статора, а также подвижной части, называемой якорем или ротором.

В традиционном электрическом двигателе статор – это внешняя часть конструкции. Этот элемент формирует неподвижное магнитное поле. Подвижный ротор помещают внутрь статора. В его состав входят постоянные магниты, сердечник с обмотками, коллектор и щетки. Электрические токи протекают через обмотку, состоящую обычно из множества витков медного провода.

При работе электродвигателя, подключенного к источнику энергии, происходит взаимодействие полей статора и ротора. Появляется вращающий момент. Он и приводит ротор электромотора в движение. Таким образом, подаваемая на обмотки электроэнергия трансформируется в энергию вращательного движения. Вращение вала электродвигателя передается на рабочий орган технической системы, в состав которой включен двигатель.

Особенности электрического двигателя

Электродвигатель представляет собой одну из разновидностей электрических машин, к которым также относятся и генераторы. Благодаря свойству обратимости электромотор в случае необходимости способен выполнять функции генератора. Возможен и обратный переход. Но чаще всего каждую электрическую машину конструируют исключительно для выполнения вполне определенной функции. Иными словами, электромотор будет эффективнее всего работать именно в этом своем качестве.

Происходящее в двигателе преобразование электроэнергии в энергию механического вращения непременно связано с энергетическими потерями. Причинами этого явления становится нагревание проводников, намагничивание сердечников, вредная сила трения, возникающая даже при использовании подшипников. На коэффициент полезного действия электромотора влияет даже трение движущихся частей о воздух. И все же в самых совершенных двигателях КПД достаточно высок и может достигать 90%.

Обладая рядом неоспоримых достоинств, двигатели, работающие на электричестве, получили чрезвычайно широкое распространение в промышленности и в быту. Главное преимущество такого двигателя состоит в удобстве его использования и высоких эксплуатационных характеристиках. Электромотор не дает вредных выбросов в атмосферу, поэтому очень перспективно его применение в автомобилях.

Напечатать