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Le phénomène est utilisé dans le dispositif de moteur électrique. Appareils électriques à semi-conducteurs. Le mécanisme de fonctionnement de certains types de moteurs

Le moteur électrique est l'une des inventions clés de l'humanité. C'est grâce aux moteurs électriques que nous avons réussi à atteindre un si haut développement de notre civilisation. Les principes de base de cet appareil sont étudiés à l'école. Un moteur électrique moderne peut effectuer de nombreuses tâches différentes. Son travail est basé sur la transmission de la rotation de l'arbre d'entraînement électrique à d'autres types de mouvement. Dans cet article, nous allons examiner de plus près le fonctionnement de cet appareil.

L'électromagnétisme sert de principe de fonctionnement de base pour de nombreux appareils électroménagers dans les applications domestiques. Ces applications comprennent l'éclairage, appareils de cuisine, systèmes de climatisation, etc. L'utilisation la plus dominante de l'énergie dans les maisons ainsi que les bâtiments commerciaux est dans les systèmes d'éclairage. De nombreux appareils fluorescents ont été utilisés dans ces systèmes d'éclairage. Les ventilateurs électriques, soufflantes et autres systèmes de refroidissement utilisent des moteurs électriques. Ces moteurs fonctionnent selon le principe induction électromagnétique qui est une branche de l'électromagnétisme. Dans tout appareil électrique, le moteur électrique se déplace champ magnétique généré par un courant électrique selon le principe de la force de Lorentz. Ustensiles de cuisine tels que plaques à induction, micro-ondes, batteurs et broyeurs électriques, grille-pain, etc. utilisent l'électromagnétisme pour leur travail. Les systèmes d'alarme utilisent des sonneries électriques qui fonctionnent selon un principe électromagnétique. Dans ces cloches, le son est créé par des bobines électromagnétiques qui déplacent le percuteur contre la cloche. Pendant que la bobine se charge, le percuteur de fer l'attire, alors elle frappe la cloche. Les électro-aimants se démagnétiseront lorsque le percuteur touchera la cloche, et le percuteur reviendra à sa position d'origine, et le contact électrique sera à nouveau établi. Ce processus est répété jusqu'à ce que l'interrupteur s'ouvre. Les systèmes de sécurité utilisent des systèmes de verrouillage pour les portes, qui sont généralement des systèmes de verrouillage magnétiques. Ces systèmes sont déverrouillés soit avec une carte magnétique, soit avec code de sécurité... Le lecteur de carte sur les portes lit le nombre de clés stockées sur la bande magnétique de la carte. Lorsque la clé stockée dans la mémoire correspond aux données de la carte, la porte s'ouvre. Un système de divertissement tel qu'un téléviseur, une radio ou une chaîne stéréo utilise un haut-parleur. Ce dispositif se compose d'un électro-aimant qui est attaché à une membrane ou à un cône entouré d'un flux magnétique créé par un aimant permanent. Lorsque le courant à travers l'électro-aimant change, l'électro-aimant et la membrane du haut-parleur se déplacent d'avant en arrière. Si le courant change aux mêmes fréquences d'ondes sonores, le haut-parleur vibre, ce qui créera en plus les ondes sonores... Ces moteurs varient en taille, en cote et en coût en fonction de l'application. ... Presque tous les instruments ou dispositifs utilisés dans l'industrie sont basés sur l'électromagnétisme.

Caractéristiques des moteurs électriques

Un moteur électrique, en fait, est un dispositif à l'aide duquel l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique. Ce phénomène est basé sur le magnétisme. En conséquence, la conception du moteur électrique comprend aimants permanents et des aimants électriques, ainsi que divers autres matériaux aux propriétés intéressantes. Aujourd'hui, cet appareil est utilisé presque partout. Par exemple, le moteur électrique est un élément clé des montres, machines à laver, climatiseurs, mélangeurs, sèche-cheveux, ventilateurs, climatiseurs et autres appareils ménagers. Les possibilités d'utilisation d'un moteur électrique dans l'industrie sont innombrables. Leurs tailles vont également de la tête d'une allumette au moteur des trains.

Les matériaux utilisés dans la construction de tels dispositifs comprennent le fer, le cobalt, le nickel, etc. Qui réagissent naturellement aux champs magnétiques. Des petits appareils de commande aux puissants équipements électriques, l'électromagnétisme est utilisé dans au moins une étape de leur fonctionnement.

Les générateurs et les moteurs dominent la plupart des industries, qui sont respectivement la principale source d'alimentation et les systèmes d'entraînement. Divers capteurs et actionneurs sont des œuvres basées sur l'électromagnétisme. Les capteurs électromagnétiques comprennent les capteurs à effet Hall, les capteurs magnétorésistifs, les capteurs Flux magnétique etc. ces capteurs convertissent quantité physique tels que le débit, la pression, le niveau, la proximité, etc. en un signal électrique. Les actionneurs sont des commandes finales qui contrôlent la charge dans certaines conditions. Ces actionneurs comprennent des électrovannes, des relais, des moteurs, etc. Et tous ces travaux sont effectués selon le principe de l'électromagnétisme.

Il existe différentes classes de moteurs utilisés dans l'industrie.
Ils sont utilisés pour les grues, les treuils, les treuils, les systèmes de convoyage, etc.

ce technologie moderne systèmes de transport utilisant le concept d'électromagnétisme.

Types de moteurs électriques

Actuellement, de nombreux types de moteurs électriques sont produits, qui sont divisés en fonction du type de conception et d'alimentation.

Principe d'alimentation tous les modèles peuvent être divisés en :

Appareils CA qui utilisent le secteur comme source d'alimentation ;
appareils électroménagers courant continu alimenté par des blocs d'alimentation, des piles AA, des accumulateurs et d'autres sources similaires.

On les appelle trains à grande vitesse, qui utilisent de puissants électro-aimants pour développer la vitesse. Ces trains flotteront sur un rail en utilisant les principes de base des aimants tels que la suspension électromagnétique et la suspension électrodynamique.

Ces aimants circulent autour des rails de guidage et la force de gravité entre les rails de guidage et les aimants soulève le train vers le haut. Le rail de guidage n'est rien de plus qu'un dispositif de bobines magnétiques spécialement conçues et de pistes à intervalles réguliers. Le long de cette piste, le train des Moldus est suspendu par le phénomène de lévitation magnétique sans autre support que les champs magnétiques.

Par le mécanisme du travail tous les moteurs électriques sont divisés en:

synchrone, avec des enroulements de rotor et un mécanisme de brosse utilisé pour fournir du courant électrique aux enroulements ;
asynchrone, caractérisé par une conception plus simple sans balais ni enroulements de rotor.

Le principe de fonctionnement de ces moteurs électriques est sensiblement différent. Un moteur synchrone tourne à la même vitesse que le champ magnétique qui le fait tourner. Dans le même temps, le moteur à induction tourne à une vitesse inférieure à celle du champ électromagnétique.

Le rail de guidage est constitué de bobines électromagnétiques construites à la surface de la voie. Ces bobines sont construites en utilisant un matériau de base et un enroulement de bobine. Lorsque les électro-aimants sont alimentés, le train est mis en lévitation par la force de gravité entre les électro-aimants et les bobines.

Par conséquent, ce type de système nécessite une source d'alimentation importante, des bobines électromagnétiques, un guide superposé et des aimants de guidage fixés sous le train. C'est le processus de transfert d'informations d'une source à un destinataire. Cette transmission d'énergie sur de longues distances s'effectue via des ondes électromagnétiques à hautes fréquences. Ces ondes sont également appelées micro-ondes ou ondes radio à haute fréquence.

Classes de moteurs (varient selon le courant utilisé) :

classe AC (courant alternatif) - fonctionne à partir d'une source de courant alternatif ;
classe DC (courant continu) - utilise un courant continu pour le fonctionnement ;
une classe universelle qui peut être utilisée pour faire fonctionner n'importe quelle source de courant.

De plus, les moteurs électriques peuvent différer non seulement par le type de conception, mais également par la manière dont ils contrôlent la vitesse de rotation. Dans le même temps, dans tous les appareils, quel que soit leur type, le même principe de conversion est utilisé. énergie électrique en mécanique.

Supposons que dans le cas téléphones portables l'énergie sonore est convertie en énergie électromagnétique. À l'aide d'émetteurs radio, cette énergie électromagnétique est transmise au récepteur. Au niveau du récepteur, ces ondes électromagnétiques sont reconverties en énergie sonore.

Selon la nature du signal en bande de base, les systèmes de communication peuvent être des systèmes de communication analogiques ou numériques. Selon la nature du signal transmis, ce système est classé en systèmes de bande de base et de porteuse. Les champs électromagnétiques générés par des sources variant dans le temps se propagent à travers un guide d'ondes ou une ligne de transmission. Un rayonnement d'ondes électromagnétiques est généré lorsque ces champs électromagnétiques se propagent à partir de sources sans aucune connexion ni support conducteur vers les sources.

Le principe de fonctionnement de l'appareil en courant continu

Ce type de moteur électrique fonctionne sur la base d'un principe développé par Michael Faraday en 1821. Sa découverte réside dans le fait que lorsqu'une impulsion électrique interagit avec un aimant, il existe une possibilité de rotation constante. C'est-à-dire que si un cadre vertical est marqué dans un champ magnétique et qu'un courant électrique le traverse, un champ électromagnétique peut apparaître autour du conducteur. Il sera en contact direct avec les pôles des aimants. Il s'avère que le cadre sera attiré par l'un des aimants et repoussé par l'autre. En conséquence, il passera d'une position verticale à une position horizontale, dans laquelle l'influence du champ magnétique sur le conducteur sera nulle. Il s'avère que pour continuer le mouvement, il faudra compléter la structure par un autre cadre en biais, ou changer le sens du courant dans le premier cadre. Dans la plupart des appareils, cela est réalisé par deux demi-anneaux auxquels sont fixées les plaques de contact de la batterie. Ils favorisent une inversion rapide de la polarité, de sorte que le mouvement se poursuit.

Le spectre électromagnétique se compose d'une gamme différente de toutes les longueurs d'onde ou fréquences possibles de rayonnement électromagnétique. Ces gammes de fréquences comprennent les basses fréquences, les ultra basses fréquences, les moyennes fréquences, les hautes fréquences, les ultra hautes fréquences, les ultra hautes fréquences, etc.

Actuellement, les champs électromagnétiques jouent un rôle clé dans les équipements médicaux modernes tels que l'hyperthermie pour le traitement du cancer, les implants et l'imagerie par résonance magnétique. La thérapie électromagnétique est une forme alternative de médecine qui prétend traiter la maladie en appliquant des champs électromagnétiques pulsés ou un rayonnement électromagnétique au corps. Ce type de traitement est utilisé pour un large éventail de conditions telles que les troubles nerveux, le diabète, les lésions de la moelle épinière, les ulcères, l'asthme, etc.

Les moteurs électriques modernes n'ont pas d'aimants permanents, car ils sont remplacés par des aimants électriques et des inducteurs. Autrement dit, si vous démontez un tel moteur, vous verrez des tours de fil recouverts d'un composé isolant. En fait, il s'agit d'un électro-aimant, également appelé enroulement d'excitation. Les aimants permanents dans la conception des moteurs électriques ne sont utilisés que dans les petits jouets pour enfants alimentés par des piles AA. Tous les autres moteurs électriques plus puissants sont équipés uniquement d'aimants ou d'enroulements électriques. Dans le même temps, la partie tournante s'appelle le rotor et la partie statique s'appelle le stator.

De nombreux dispositifs médicaux, tels que les scanners, les appareils à rayons X et d'autres équipements, utilisent le principe de l'électromagnétisme pour fonctionner. L'effet piézoélectrique est la capacité de certains matériaux à générer une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique appliquée. Le mot piézoélectrique vient du grec piezein, qui signifie serrer ou pousser, et piezo, qui signifie « pousser » en grec.

L'une des caractéristiques uniques de l'effet piézoélectrique est qu'il est réversible, ce qui signifie que les matériaux à effet piézoélectrique direct présentent également l'effet piézoélectrique opposé. Lorsqu'un matériau piézoélectrique est soumis à une contrainte mécanique, un déplacement des centres de charge positifs et négatifs dans le matériau se produit, entraînant une champ électrique... Avec l'externe opposé champ électrique le matériau piézoélectrique s'étire ou se contracte.

Comment fonctionne un moteur électrique asynchrone

Cadre moteur asynchrone contient les enroulements du stator, grâce auxquels le champ tournant de l'aimant est créé. Les extrémités pour connecter les enroulements sont sorties à travers un bornier spécial. Le refroidissement est assuré par un ventilateur situé sur l'arbre à l'extrémité du moteur électrique. Le rotor est étroitement lié à un arbre constitué de tiges métalliques. Ces tiges court-circuitées sont fermées l'une à l'autre des deux côtés. En raison de cette conception, le moteur n'a pas besoin d'entretien périodique, car il n'est pas nécessaire de changer les balais d'alimentation en courant de temps en temps. C'est pourquoi les moteurs asynchrones sont considérés comme plus fiables et durables que les moteurs synchrones. La principale raison de la panne des moteurs à induction est l'usure des roulements sur lesquels l'arbre tourne.

L'effet piézoélectrique est très utile dans de nombreuses applications qui incluent la production et la détection de sons, la génération de haute tension, la génération de fréquence électronique, les microbalances et la focalisation ultra-fine des assemblages optiques. C'est également la base d'un certain nombre de méthodes instrumentales scientifiques à résolution atomique telles que les microscopes à sonde à balayage. L'effet piézoélectrique est également utilisé dans des applications plus banales, comme une source d'allumage pour les briquets.

Histoire de l'effet piézoélectrique

En combinant leur connaissance de la pyroélectricité avec leur compréhension des structures et du comportement des cristaux, les frères Curie ont démontré le premier effet piézoélectrique en utilisant des cristaux de tourmaline, de quartz, de topaze, de sucre de canne et de sel de Rochelle. Leur démonstration initiale a montré que le quartz et le sel de Rochelle présentaient la plus grande piézoélectricité à l'époque.

Pour que les moteurs à induction fonctionnent, il est nécessaire que le rotor tourne plus lentement que la rotation du champ électromagnétique du stator. C'est à cause de cela qu'un courant électrique apparaît dans le rotor. Si la rotation était effectuée à la même vitesse, alors, selon la loi d'induction, la CEM ne serait pas formée et il n'y aurait pas de rotation dans son ensemble. Cependant, dans la vraie vie, en raison du frottement des roulements et de la charge accrue sur l'arbre, le rotor tournera plus lentement. Pôles magnétiques tournent régulièrement dans les enroulements du rotor, grâce à quoi la direction du courant dans le rotor change constamment.

Au cours des décennies suivantes, la piézoélectricité est restée en laboratoire, qui a pu être expérimentée comme plus de travail pour étudier le potentiel élevé de l'effet piézoélectrique. La percée de la Première Guerre mondiale a marqué l'introduction de la première application pratique pour les appareils piézoélectriques, qui était un sonar. Cette première utilisation de la piézoélectricité dans les sonars a suscité un vif intérêt international pour le développement de dispositifs piézoélectriques.

La scie circulaire fonctionne également selon le même principe, puisqu'elle gagne en vitesse maximale sans charge. Lorsque la scie commence à couper la planche, sa vitesse de rotation diminue et en même temps le rotor commence à tourner plus lentement par rapport à Champ électromagnétique... En conséquence, selon les lois de l'électrotechnique, une valeur EMF encore plus grande commence à y apparaître. Après cela, le courant consommé par le moteur augmente et il commence à fonctionner à pleine puissance. Sous une charge qui cale le moteur, le rotor à cage d'écureuil peut être détruit. Cela est dû au fait que la valeur maximale de l'EMF se produit dans le moteur. C'est pourquoi il est nécessaire de sélectionner un moteur électrique de la puissance requise. Si vous prenez un moteur trop puissant, cela peut entraîner une consommation d'énergie inutile.

Au cours des décennies suivantes, de nouveaux matériaux piézoélectriques et de nouvelles applications pour ces matériaux ont été étudiés et développés. Bien que les cristaux de quartz aient été le premier matériau piézoélectrique exploité commercialement et soient toujours utilisés dans les applications de détection par sonar, les scientifiques ont continué à rechercher des matériaux plus performants. Cette recherche intensive a conduit au développement du titanate de baryum et du titanate de zirconate de plomb, deux matériaux qui ont des propriétés très spécifiques adaptées à des applications spécifiques.

La vitesse à laquelle le rotor tourne, dans ce cas, dépend du nombre de pôles. Si l'appareil a deux pôles, alors la vitesse de rotation correspondra à la vitesse de rotation du champ magnétique. Le moteur électrique asynchrone maximum peut développer jusqu'à 3 000 tours par seconde. La fréquence du secteur dans ce cas peut aller jusqu'à 50 Hz. Pour diviser par deux la vitesse, vous devrez augmenter le nombre de pôles dans le stator à 4, et ainsi de suite. Le seul inconvénient des moteurs asynchrones est qu'ils ne peuvent être ajustés à la vitesse de rotation de l'arbre qu'en modifiant la fréquence du courant électrique. De plus, dans un moteur asynchrone, vous ne pouvez pas atteindre une vitesse d'arbre constante.

Il existe de nombreux matériaux, à la fois naturels et artificiels, qui présentent une variété d'effets piézoélectriques. Des exemples de matériaux piézoélectriques artificiels comprennent le titanate de baryum et le titanate de zirconate de plomb. À ce jour, cette initiative de développement de nouveaux matériaux piézoélectriques sans plomb a abouti à de nouveaux matériaux piézoélectriques plus respectueux de l'environnement.

Applications les plus appropriées pour l'effet piézoélectrique

En raison des caractéristiques intrinsèques des matériaux piézoélectriques, les utilisations sont nombreuses. qui profitent de leur utilisation.

Alimentations haute tension et

Un exemple d'application dans ce domaine est un briquet électrique, dans lequel une pression sur un bouton fait frapper un marteau à ressort sur le cristal piézoélectrique, créant ainsi une tension suffisamment élevée pour que le courant électrique circule à travers un petit éclateur, chauffant et s'allumant le gaz.La plupart des types de brûleurs et de cuisinières à gaz ont des systèmes d'injection intégrés basés sur des matériaux piézoélectriques.

Comment fonctionne un moteur électrique synchrone à courant alternatif

Un moteur électrique synchrone est utilisé partout où cela est nécessaire vitesse constante rotation et la possibilité de l'ajuster rapidement. De plus, un moteur synchrone est utilisé partout où il est nécessaire d'atteindre une vitesse de rotation de plus de 3 000 tours, ce qui est la limite pour un moteur asynchrone. Par conséquent, ce type de moteur électrique est avantageusement utilisé dans appareils ménagers comme un aspirateur, des outils électriques, Machine à laver etc.

Le cas d'un moteur synchrone à courant alternatif contient des enroulements qui sont enroulés autour de l'induit et du rotor. Leurs contacts sont soudés aux secteurs du collecteur et de la bague, auxquels une tension est appliquée au moyen de balais en graphite. Les broches sont situées ici de sorte que les balais appliquent toujours une tension à une seule paire. Parmi les inconvénients d'un moteur synchrone, on peut noter qu'ils sont moins fiables que les moteurs à induction.

Les pannes les plus courantes des moteurs synchrones :

Usure prématurée des balais ou mauvais contact dû à un ressort qui s'affaiblit.
Contamination du collecteur, qui est nettoyé avec de l'alcool ou du papier de verre zéro.
Usure des roulements.

Le principe de fonctionnement d'un moteur synchrone

Le couple dans un tel moteur électrique est créé par l'interaction entre le champ magnétique et le courant d'induit, qui sont en contact l'un avec l'autre dans l'enroulement de champ. Au fur et à mesure que le courant alternatif est dirigé, la direction du flux magnétique changera également, ce qui assure une rotation dans un seul sens. La vitesse de rotation est régulée en faisant varier la force de la tension appliquée. La modification du taux de tension est le plus souvent utilisée dans les aspirateurs et les perceuses, où une résistance variable ou un rhéostat est utilisé à cette fin.

Le mécanisme de fonctionnement de certains types de moteur

Les moteurs électriques industriels peuvent fonctionner à la fois en continu et en courant alternatif... Leur conception est basée sur le stator, qui est un électro-aimant qui crée un champ magnétique. Un moteur électrique industriel contient des enroulements qui sont alternativement connectés à une source d'alimentation à l'aide de balais. Ils tournent alternativement le rotor selon un certain angle, ce qui le met en mouvement.

Le moteur électrique le plus simple pour les jouets pour enfants ne peut fonctionner qu'avec du courant continu. C'est-à-dire qu'il peut recevoir du courant d'une pile au doigt ou d'une batterie rechargeable. Dans ce cas, le courant traverse un cadre situé entre les pôles d'un aimant permanent. En raison de l'interaction des champs magnétiques du cadre avec l'aimant, il commence à tourner. A la fin de chaque demi-tour, le collecteur commute les contacts dans le cadre qui vont à la batterie. En conséquence, le cadre effectue des mouvements de rotation.

Ainsi, il existe aujourd'hui un grand nombre de moteurs électriques à des fins diverses, qui ont un principe de fonctionnement.

Un moteur électrique est un système technique dans lequel l'énergie de l'électricité est transformée en énergie type mécanique... Le fonctionnement d'un tel moteur est basé sur le phénomène d'induction électromagnétique. Le dispositif d'un moteur électrique suppose la présence d'un élément fixe - un stator, ainsi qu'une pièce mobile appelée induit ou rotor.

Dans un moteur électrique traditionnel, le stator est la partie extérieure de la structure. Cet élément génère un champ magnétique stationnaire. Le rotor mobile est placé à l'intérieur du stator. Il se compose d'aimants permanents, d'un noyau avec des enroulements, d'un collecteur et de balais. Courants électriques s'écouler à travers un enroulement, généralement constitué de plusieurs tours de fil de cuivre.

Lorsque le moteur électrique est connecté à une source d'énergie, les champs du stator et du rotor interagissent. Un couple apparaît. Il met en mouvement le rotor du moteur électrique. Ainsi, l'énergie fournie aux enroulements est transformée en énergie de rotation. La rotation de l'arbre du moteur électrique est transmise au corps de travail du système technique, qui comprend le moteur.

Caractéristiques du moteur électrique

Le moteur électrique est l'une des variétés de machines électriques, qui comprennent également des générateurs. En raison de la propriété de réversibilité, le moteur électrique, si nécessaire, est capable de remplir les fonctions d'un générateur. La transition inverse est également possible. Mais le plus souvent, chacun Voiture électrique sont conçus uniquement pour remplir une fonction bien définie. En d'autres termes, le moteur électrique fonctionnera le plus efficacement dans cette capacité même.

La conversion de l'énergie électrique en énergie de rotation mécanique s'effectuant dans le moteur est inévitablement associée à des pertes d'énergie. Les raisons de ce phénomène sont l'échauffement des conducteurs, l'aimantation des noyaux, la force de frottement néfaste qui se produit même lors de l'utilisation de roulements. Par coefficient action utile même le frottement des pièces mobiles contre l'air affecte le moteur électrique. Et pourtant, dans les moteurs les plus avancés, le rendement est assez élevé et peut atteindre 90 %.

Possédant de nombreux avantages incontestables, les moteurs électriques sont extrêmement répandus dans l'industrie et dans la vie de tous les jours. Le principal avantage d'un tel moteur est sa facilité d'utilisation et ses hautes performances. Le moteur électrique ne donne pas émissions nocives dans l'atmosphère, par conséquent, son application dans les voitures est très prometteuse.

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