Dzisiaj nie można sobie wyobrazić cywilizacji ludzkiej i społeczeństwa high-tech bez elektryczności. Jednym z głównych urządzeń zapewniających działanie urządzeń elektrycznych jest silnik. Maszyna ta znalazła najszerszą dystrybucję: od przemysłu (wentylatory, kruszarki, kompresory) do użytku domowego (pralki, wiertarki itp.). Ale jaka jest zasada działania silnika elektrycznego?
Miejsce docelowe
Zasadą działania silnika elektrycznego i jego głównym celem jest przeniesienie energii mechanicznej niezbędnej do realizacji procesów technologicznych na korpusy robocze. Sam silnik generuje go dzięki energii elektrycznej pobieranej z sieci. Zasadniczo zasadą działania silnika elektrycznego jest zamiana energii elektrycznej na energię mechaniczną. Ilość energii mechanicznej generowanej przez niego w jednej jednostce czasu nazywana jest mocą.
Wyświetleniasilniki
W zależności od charakterystyki sieci zasilającej można wyróżnić dwa główne typy silników: na prąd stały i na prąd przemienny. Najpopularniejszymi maszynami prądu stałego są silniki o wzbudzeniu szeregowym, niezależnym i mieszanym. Przykładami silników prądu przemiennego są maszyny synchroniczne i asynchroniczne. Pomimo pozornej różnorodności urządzenie i zasada działania silnika elektrycznego do dowolnego celu opiera się na oddziaływaniu przewodnika z prądem i polem magnetycznym lub magnesu trwałego (obiekt ferromagnetyczny) z polem magnetycznym.
Pętla prądowa - prototyp silnika
Główny punkt w takiej sprawie jak zasada działania silnika elektrycznego można nazwać pojawieniem się momentu obrotowego. Zjawisko to można rozważyć na przykładzie ramki z prądem, która składa się z dwóch przewodników i magnesu. Prąd jest dostarczany do przewodów przez pierścienie stykowe, które są zamocowane na osi obracającej się ramy. Zgodnie ze słynną zasadą lewej ręki na ramę działają siły, które wytwarzają moment obrotowy wokół osi. Obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara pod działaniem tej całkowitej siły. Wiadomo, że ten moment obrotu jest wprost proporcjonalny do indukcji magnetycznej (B), natężenia prądu (I), powierzchni ramki (S) i zależy od kąta między liniami pola a osią tej ostatniej. Jednak pod wpływem momentu zmieniającego się w jego kierunku rama będzie oscylować. Co można zrobić, aby stworzyć trwały?wskazówki? Są tu dwie opcje:
- zmień kierunek prądu elektrycznego w ramie i położenie przewodów względem biegunów magnesu;
- zmień kierunek samego pola, podczas gdy ramka obraca się w tym samym kierunku.
Pierwsza opcja jest używana dla silników prądu stałego. A druga to zasada działania silnika prądu przemiennego.
Zmiana kierunku prądu względem magnesu
Aby zmienić kierunek ruchu naładowanych cząstek w przewodniku ramki z prądem, potrzebujesz urządzenia, które ustawi ten kierunek w zależności od położenia przewodników. Ta konstrukcja jest realizowana poprzez zastosowanie styków ślizgowych, które służą do zasilania pętli prądem. Kiedy jeden pierścień zastępuje dwa, gdy rama obraca się o pół obrotu, kierunek prądu jest odwracany, a moment obrotowy utrzymuje go. Należy zauważyć, że jeden pierścień składa się z dwóch połówek, które są od siebie odizolowane.
Projektowanie maszyny DC
Powyższy przykład to zasada działania silnika prądu stałego. Prawdziwa maszyna ma oczywiście bardziej złożoną konstrukcję, w której do formowania uzwojenia twornika wykorzystuje się dziesiątki ramek. Przewodniki tego uzwojenia umieszczone są w specjalnych rowkach w cylindrycznym rdzeniu ferromagnetycznym. Końce uzwojeń są połączone izolowanymi pierścieniami, które tworzą kolektor. Uzwojenie, komutator i rdzeń to zwora obracająca 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 i może być załączane niezależnie od obwodu twornika lub szeregowo. W pierwszym przypadku silnik elektryczny będzie miał niezależne wzbudzenie, w drugim - sekwencyjne. Istnieje również konstrukcja z mieszanym wzbudzeniem, w której jednocześnie używane są dwa rodzaje połączeń uzwojeń.
Maszyna synchroniczna
Zasadą działania silnika synchronicznego jest wytworzenie wirującego pola magnetycznego. Następnie musisz umieścić w tym polu przewodniki, które są opływowe prądem stałym w kierunku. Zasada działania silnika synchronicznego, która stała się bardzo rozpowszechniona w przemyśle, opiera się na powyższym przykładzie z pętlą prądową. Pole wirujące wytworzone przez magnes jest tworzone za pomocą systemu uzwojeń podłączonych do sieci. Zwykle stosuje się uzwojenia trójfazowe, jednak zasada działania jednofazowego silnika prądu przemiennego nie będzie się różnić od trójfazowego, z wyjątkiem być może samej liczby faz, co nie ma znaczenia przy rozważaniu cech konstrukcyjnych. Uzwojenia są umieszczone w żłobkach stojana z pewnym przesunięciem po obwodzie. Odbywa się to w celu wytworzenia wirującego pola magnetycznego w utworzonej szczelinie powietrznej.
Synchronizm
Bardzo ważnym punktem jest synchroniczna praca silnika elektrycznegopowyższa konstrukcja. Gdy pole magnetyczne oddziałuje z prądem w uzwojeniu wirnika, powstaje sam proces obrotu silnika, który będzie synchroniczny z obrotem pola magnetycznego wytworzonego na stojanie. Synchronizacja będzie utrzymywana do momentu osiągnięcia maksymalnego momentu obrotowego, który jest spowodowany oporem. Jeśli obciążenie wzrośnie, maszyna może stracić synchronizację.
Silnik indukcyjny
Zasadą działania asynchronicznego silnika elektrycznego jest obecność wirującego pola magnetycznego i zamkniętych ramek (konturów) na wirniku - części wirującej. Pole magnetyczne powstaje w taki sam sposób, jak w silniku synchronicznym - za pomocą uzwojeń znajdujących się w rowkach stojana, które są połączone z siecią napięcia przemiennego. Uzwojenia wirnika składają się z kilkunastu zamkniętych ramek pętli i zwykle mają dwa rodzaje wykonania: fazowe i zwarte. Zasada działania silnika AC w obu wersjach jest taka sama, zmienia się tylko konstrukcja. W przypadku wirnika klatkowego (zwanego również klatką wiewiórkową) uzwojenie wlewa się do szczelin z roztopionym aluminium. Podczas produkcji uzwojenia fazowego końce każdej fazy są wyprowadzane za pomocą przesuwnych pierścieni stykowych, ponieważ pozwoli to na włączenie do obwodu dodatkowych rezystorów, które są niezbędne do sterowania prędkością silnika.
Maszyna trakcyjna
Zasada działania silnika trakcyjnego jest podobna do działania silnika prądu stałego. Z sieci zasilającej prąd jest dostarczany do transformatora podwyższającego napięcie. Dalejtrójfazowy prąd przemienny przesyłany jest do specjalnych podstacji trakcyjnych. Jest prostownik. Konwertuje AC na DC. Zgodnie ze schematem wykonuje się go jedną z biegunowości do przewodów jezdnych, drugą - bezpośrednio do szyn. Należy pamiętać, że wiele mechanizmów trakcyjnych pracuje z częstotliwością inną niż ustalona przemysłowa (50 Hz). Dlatego do silnika elektrycznego zastosowano przetwornicę częstotliwości, której zasadą działania jest zamiana częstotliwości i sterowanie tą charakterystyką.
Na podniesionym pantografie napięcie jest dostarczane do komór, w których znajdują się reostaty rozruchowe i styczniki. Za pomocą sterowników reostaty są połączone z silnikami trakcyjnymi, które znajdują się na osiach wózków. Od nich prąd przepływa przez opony do szyn, a następnie wraca do podstacji trakcyjnej, uzupełniając w ten sposób obwód elektryczny.
