Mūsdienās nav iespējams iedomāties cilvēku civilizāciju un augsto tehnoloģiju sabiedrību bez elektrības. Viena no galvenajām ierīcēm, kas nodrošina elektroierīču darbību, ir dzinējs. Šī mašīna ir atradusi visplašāko izplatību: no rūpniecības (ventilatori, drupinātāji, kompresori) līdz lietošanai mājās (veļas mašīnas, urbji utt.). Bet kāds ir elektromotora darbības princips?
Galamērķis
Elektromotora darbības princips un tā galvenie mērķi ir tehnoloģisko procesu veikšanai nepieciešamās mehāniskās enerģijas pārnešana uz darba ķermeņiem. Dzinējs pats to ģenerē no tīkla patērētās elektroenerģijas dēļ. Būtībā elektromotora darbības princips ir pārveidot elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Mehāniskās enerģijas daudzumu, ko tas ģenerē vienā laika vienībā, sauc par jaudu.
Skatījumidzinēji
Atkarībā no barošanas tīkla raksturlielumiem var izdalīt divus galvenos motoru tipus: ar līdzstrāvu un maiņstrāvu. Visizplatītākās līdzstrāvas iekārtas ir motori ar virkni, neatkarīgu un jauktu ierosmi. Maiņstrāvas motoru piemēri ir sinhronās un asinhronās mašīnas. Neskatoties uz šķietamo daudzveidību, jebkuram nolūkam paredzētā elektromotora ierīce un darbības princips ir balstīts uz vadītāja mijiedarbību ar strāvu un magnētisko lauku vai pastāvīgā magnēta (feromagnētiskā objekta) mijiedarbību ar magnētisko lauku.
Pašreizējā cilpa - dzinēja prototips
Galveno punktu tādā jautājumā kā elektromotora darbības princips var saukt par griezes momenta izskatu. Šo parādību var aplūkot, izmantojot piemēru ar rāmi ar strāvu, kas sastāv no diviem vadītājiem un magnēta. Strāva tiek piegādāta vadītājiem caur kontaktgredzeniem, kas ir fiksēti uz rotējošā rāmja ass. Saskaņā ar slaveno kreisās rokas likumu uz rāmi iedarbosies spēki, kas radīs griezes momentu ap asi. Šī kopējā spēka ietekmē tas griezīsies pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Ir zināms, ka šis griešanās moments ir tieši proporcionāls magnētiskajai indukcijai (B), strāvas stiprumam (I), rāmja laukumam (S) un ir atkarīgs no leņķa starp lauka līnijām un pēdējās asi. Tomēr, iedarbojoties momentā, kas maina savu virzienu, rāmis svārstīsies. Ko var darīt, lai izveidotu pastāvīgunorādes? Šeit ir divas iespējas:
- mainiet elektriskās strāvas virzienu rāmī un vadītāju novietojumu attiecībā pret magnēta poliem;
- mainiet paša lauka virzienu, kamēr rāmis griežas tajā pašā virzienā.
Pirmā opcija tiek izmantota līdzstrāvas motoriem. Un otrais ir maiņstrāvas motora princips.
Strāvas virziena maiņa attiecībā pret magnētu
Lai mainītu uzlādēto daļiņu kustības virzienu rāmja vadītājā ar strāvu, nepieciešama ierīce, kas iestatītu šo virzienu atkarībā no vadītāju atrašanās vietas. Šis dizains tiek īstenots, izmantojot bīdāmos kontaktus, kas kalpo strāvas padevei cilpai. Kad viens gredzens nomaina divus, kad rāmis griežas par pusi apgriezienu, strāvas virziens tiek mainīts, un griezes moments to saglabā. Ir svarīgi atzīmēt, ka viens gredzens ir salikts no divām pusēm, kuras ir izolētas viena no otras.
DC iekārtu dizains
Iepriekš minētais piemērs ir līdzstrāvas motora darbības princips. Īstajai mašīnai, protams, ir sarežģītāks dizains, kur armatūras tinuma veidošanai tiek izmantoti desmitiem rāmju. Šī tinuma vadītāji ir ievietoti īpašās rievās cilindriskā feromagnētiskajā serdenī. Tinumu gali ir savienoti ar izolētiem gredzeniem, kas veido kolektoru. Tinums, komutators un kodols ir armatūra, kas rotē gultņos uz paša motora korpusa. Uzbudinājuma magnētisko lauku rada pastāvīgo magnētu stabi, kas atrodas korpusā. Tinums ir pievienots elektrotīklam, un to var ieslēgt neatkarīgi no armatūras ķēdes vai virknē. Pirmajā gadījumā elektromotoram būs neatkarīga ierosme, otrajā - secīga. Ir arī jauktas ierosmes dizains, kad vienlaikus tiek izmantoti divu veidu tinumu savienojumi.
Sinhronā iekārta
Sinhronā motora darbības princips ir radīt rotējošu magnētisko lauku. Tad šajā laukā jāievieto vadītāji, kas ir racionalizēti ar pastāvīgu strāvu virzienā. Sinhronā motora darbības princips, kas ir kļuvis ļoti plaši izplatīts rūpniecībā, ir balstīts uz iepriekš minēto piemēru ar cilpu ar strāvu. Magnēta radītais rotējošais lauks tiek veidots, izmantojot tinumu sistēmu, kas ir savienota ar elektrotīklu. Parasti tiek izmantoti trīsfāzu tinumi, tomēr vienfāzes maiņstrāvas motora darbības princips neatšķirsies no trīsfāzu motora, izņemot varbūt pašu fāžu skaitu, kas, ņemot vērā konstrukcijas īpatnības, nav būtiski. Tinumi ir novietoti statora spraugās ar nelielu nobīdi ap apkārtmēru. Tas tiek darīts, lai izveidotajā gaisa spraugā izveidotu rotējošu magnētisko lauku.
Sinhronisms
Ļoti svarīgs punkts ir elektromotora sinhronā darbībaiepriekš minētā konstrukcija. Kad magnētiskais lauks mijiedarbojas ar strāvu rotora tinumā, veidojas pats motora griešanās process, kas būs sinhrons attiecībā pret statora izveidotā magnētiskā lauka rotāciju. Sinhronisms tiks saglabāts, līdz tiks sasniegts maksimālais griezes moments, ko izraisa pretestība. Ja slodze palielinās, iekārta var netikt sinhronizēta.
Asinhronais motors
Asinhronā elektromotora darbības princips ir rotējoša magnētiskā lauka un slēgtu rāmju (kontūru) klātbūtne uz rotora - rotējošās daļas. Magnētiskais lauks tiek veidots tāpat kā sinhronajā motorā - ar tinumu palīdzību, kas atrodas statora rievās, kas ir savienoti ar maiņstrāvas tīklu. Rotora tinumi sastāv no duci slēgtu cilpu rāmju, un tiem parasti ir divu veidu izpilde: fāze un īssavienojums. Maiņstrāvas motora darbības princips abās versijās ir vienāds, mainās tikai dizains. Vāveres būra rotora (pazīstama arī kā vāveres būra) gadījumā tinumu spraugās ielej ar izkausētu alumīniju. Fāzes tinuma izgatavošanā katras fāzes galus izvelk, izmantojot bīdāmos kontaktgredzenus, jo tas ļaus ķēdē iekļaut papildu rezistorus, kas nepieciešami dzinēja apgriezienu kontrolei.
Vilces mašīna
Vilces motora darbības princips ir līdzīgs līdzstrāvas motoram. No barošanas tīkla strāva tiek piegādāta pakāpju transformatoram. Tālāktrīsfāzu maiņstrāva tiek pārsūtīta uz īpašām vilces apakšstacijām. Ir taisngriezis. Tas pārvērš maiņstrāvu par līdzstrāvu. Saskaņā ar shēmu to veic ar vienu no tā polaritātēm uz kontaktvadiem, otro - tieši uz sliedēm. Jāatceras, ka daudzi vilces mehānismi darbojas ar frekvenci, kas atšķiras no noteiktā rūpnieciskā (50 Hz). Tāpēc elektromotoram tiek izmantots frekvences pārveidotājs, kura darbības princips ir pārveidot frekvences un kontrolēt šo raksturlielumu.
Pie paceltā pantogrāfa spriegums tiek piegādāts kamerām, kurās atrodas palaišanas reostati un kontaktori. Ar kontrolieru palīdzību reostati tiek savienoti ar vilces motoriem, kas atrodas uz ratiņu asīm. No tiem strāva pa riepām plūst uz sliedēm, un pēc tam atgriežas vilces apakšstacijā, tādējādi pabeidzot elektrisko ķēdi.
