Электродвигатель как работает: Электродвигатель: устройство и принцип работы

Устройство Электродвигателя .Как он работает? – E-Motors

4 октября 2021

Электродвигатель – устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую. Он работает, используя принцип электромагнитной индукции.В последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому есть смысл подробнее ознакомиться с устройством электромобиля, его двигателя, за которым может быть будущее отрасли.

 
Принцип работы и устройство:
Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например, автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с двигателем внутреннего сгорания (ДВС).

Последний вариант – гибридные авто.

От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегат для авто отличается малыми габаритами, но повышенной мощностью. К тому же современные разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных подобных устройств. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависит передвижение и обслуживание авто.
Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.

Их можно условно классифицировать по типу тока:

устройства переменного тока;
конструкции постоянного тока;
решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).
Электродвигатели переменного тока делятся на группы:

асинхронные – скорость вращения магнитного поля статора выше скорости вращения ротора;
синхронные – частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадают.
С учетом используемого количества фаз, электрические устройства разделяют на: одно-, двух-, трехфазные.

Если привести реальные образцы, используемые известными автопроизводителями, то хороший пример применения трехфазного агрегата асинхронного типа – Volt от Chevrolet. Он является гибридным автомобилем. Пример трехфазного синхронного двигателя — i-MiEV от Mitsubishi. А этот автомобиль является исключительно электрическим.
Следует отметить, что у разных производителей разные двигатели, отличающиеся массой, мощностью, габаритами и прочими параметрами.

Есть еще одна классификация – по конструкции щеточно-коллекторного узла. Такие агрегаты бывают:

Бесколлекторными. Представляют собой замкнутую систему, в которую входят: преобразователь координат, инвертор и извещатель положения.
Коллекторными. Щеточно-коллекторный узел играет роль в такой конструкции одновременно и извещателя положения ротора, и переключателя тока в обмотках. В основном используется ток постоянной частоты.
коллекторный роторРотор электродвигателя
В конструкциях электромобилей зачастую задействуются коллекторные моторы, хотя есть примеры и с иными моделями. Как вариант — автомобиль «Санрейсер», в котором установлен как раз бесколлекторный двигатель от компании General Motors. При массе 3,6 кг его КПД составляет 92%.

Нельзя не отметить еще один тип двигателя, который используется в некоторых современных моделях авто. Это система мотор-колесо. Пример — спорт-кар Volage. В такой конструкции предусмотрена возможность регенерации энергии торможения. Для этого используется тяговый двигатель Active Wheel. Он весит всего 7 кг, что позволяет добиться приемлемой массы колеса – 11 кг.

Самой распространенной сегодня конструкцией является решение с питанием от аккумуляторной батареи. Она нуждается в регулярной зарядке, способной реализоваться за счет внешних источников, генератора в конструкции и рекуперации энергии торможения. Генератор действует от ДВС, поэтому такая схема работы уже не относится к чисто электрическим. Подобные машины называют гибридными.

Преимущества и недостатки электродвигателей
Выделим достоинства электрических агрегатов:

высокий коэффициент полезного действия – до 95 процентов;
компактность, малый вес;
простота использования;
экологичность;
долговечность;
создается максимальный показатель крутящего момента на любой отметке скорости;

воздушное охлаждение;
способны функционировать в режиме генератора;
не нужна коробка передач;
возможность рекуперации энергии торможения.
В качестве примера удачной разработки модели с высокими характеристиками можно привести мотор от Yasa Motors. Инженеры компании создали агрегат, который при весе 25 кг способен выдавать до 650 Нм крутящего момента.
Что касается недостатков непосредственно электродвигателя, то их нет. Больше вопросов вызывает питание агрегата, что, собственно, и тормозит распространение, широкое использование технологии. Поэтому на данный момент большей популярностью пользуются гибридные авто, нежели электромобили. Благодаря такой схеме увеличивается запас хода, позволительно использовать менее мощные и дорогостоящие аккумуляторные батареи.

Устройство электромобиля
Если сравнивать электромобиль с авто, где используется ДВС, он характеризуется более простой схемой, минимальным числом движущихся элементов. Следовательно, такое решение является более надежным.

Главные составляющие электромобиля:

непосредственно электродвигатель;
питающая аккумуляторная батарея разной емкости, которая связана с мощностью мотора;
упрощенная трансмиссия;
инвертор;
зарядное устройство на борту;
электронная система управления элементами конструкции;
преобразователь.
Питание мотора в этой схеме организовывает, конечно же, тяговая аккумуляторная батарея. Зачастую задействуется литий-ионный тип, включающий в себя несколько модулей, подключенных последовательно. На выходе аккумулятора формируется напряжение от 300 (В) постоянного тока. Это значение определяется моделью авто. Современные образцы способны создавать и 700 В. Пример – автомобили Lola-Drayson, разработанные для гонок. Они оснащаются батареями напряжением 700 (В) и емкостью 60 кВт⋅ч.

Для корректного взаимодействия емкость батареи подбирается с учетом мощности двигателя. Этот показатель в подавляющем большинстве конструкций составляет от 15 до 200 (кВт). Если сравнить электрический двигатель с ДВС, то у первого КПД составляет 95%, а у другого – 25%. Разница существенна.

Имеются примеры в автомобилестроении, когда в конструкции используется несколько агрегатов. Они могут приводить в движение определенные колеса. Такой принцип организации позволяет увеличить тяговую мощность авто. Двигатель, интегрированный в колесо, имеет массу преимуществ, однако такое устройство тягового электродвигателя характеризуется ухудшенной управляемостью транспортного средства. Поэтому разработчики продолжают вести активную деятельность в этом направлении.

электродвигатель с редукторомЭлектродвигатель с редуктором (вид снизу)
Что касается трансмиссии, то у электромобиля она имеет упрощенный вид. Многие конструкции оснащены одноступенчатым редуктором. Благодаря инвертору происходит преобразование высокого напряжения постоянного тока батареи. За счет наличия в конструкции бортового зарядного устройства гарантируется зарядка аккумулятора от электросети бытового назначения.

Обеспечением зарядки дополнительной батареи на 12 (В) занимается преобразователь. Эта батарея задействуется в качестве питающего элемента различных устройств транспортного средства:

аудиосистемы;
климат-контроля;
освещения;
отопительной системы;
прочих элементов.
Система управления организовывает такие процессы:

мониторинг используемой энергии;
управление рекуперацией энергии торможения;
оценка уровня заряда;
управление динамикой движения;

обеспечение необходимого режима перемещения транспортного средства;
регулировка тяги;
управление напряжением.
Система объединяет блок управления, датчики и прочие элементы других систем авто. Благодаря датчикам оценивается уровень давления в тормозной системе, разряда батареи, а также положение селектора переключения передач, тормозной педали и педали газа. По данным этих устройств обеспечивается оптимальное перемещение электромобиля с учетом текущих условий. На панели приборов традиционно отображаются основные показатели функционирования транспортного средства.
Внешне электромобиль не имеет отличий от традиционного автомобиля с ДВС, однако основные расхождения находятся в области эксплуатации: высокая стоимость, необходимость длительной зарядки, ограниченный ход. Поэтому устройство электромобиля имеет определенные расхождения с составом традиционного транспортного средства.

Затраты на содержание электромобиля зачастую ниже, чем авто с ДВС, особенно в тех государствах, где стоимость электроэнергии низкая.

Рассказать

Поделиться

Поделится

Поделится

Новый комментарий

Войти с помощью

Отправить

Как работает электродвигатель [для чайников]

Сегодня электродвигатели всё чаще приходят на замену безнадежно устаревшим бензиновым агрегатам и используются как в современном транспорте, так и в многочисленных электронных устройствах. Примеры использования этих силовых агрегатов можно встретить повсюду. Вибровызов в телефоне осуществляется благодаря работе электродвигателя, современный электровелосипед тоже едет благодаря электродвигателю и даже «любимое» метро — всё это электродвигатели.

Разновидностей электродвигателей сегодня существует огромное количество, но есть один важный фактор, который будет практически для всех них схожим. Речь идёт о физике работы этого типа устройств. Отметим, что далеко не все они будут использовать в своей работе описываемый далее принцип, но большая часть электродвигателей работают именно так. Как минимум, физический эффект, на котором всё это держится, сохраняется. Прежде, чем обсуждать подробно физику процесса, благодаря которому происходит вращение электродвигателя, рассмотрим сначала конструкцию простейшего двигателя.

Конструкция простейшего электродвигателя

Простейший электродвигатель

Опять-таки, отметим, что рассматриваемая конструкция — это далеко не единственный вариант реализации подобных устройств. Однако, большая часть приборов работает именно так и среди бытовых приборов или в транспорте вы вряд ли обнаружите что-то другое. Поэтому, рассмотрим простейшую схему и элементарный вариант реализации прибора.

Конструкция самого простого электродвигателя является довольно примитивной. Он состоит из статора и ротора. Всё это убрано в корпус и подсоединяется проводами к источнику электрической энергии. Ещё есть подшипники, но это вещь сугубо механическая и нас сейчас не особенно интересует.

Части двигателя

Статор — это неподвижная часть. Преимущественно неподвижная часть представлена постоянными магнитами. Но бывает и обратный вариант, когда на статоре выполнена обмотка. Различие обусловлено тем, в сети какого типа работает двигатель — постоянного или переменного тока.

Ротор — это подвижная часть, которая, как правило является якорем, а на нем выполнена обмотка. К ротору подходят щётки, на которые подается электрический ток.

Щетки подключаются проводами к источнику питания. Именно они «передают электричество». Но щетки есть не во всех конструкциях двигателей.

Вся конструкция смонтирована в корпус и в закрытом виде представляет собой готовый к работе силовой агрегат. Иногда на ротор двигателя ещё добавляется крыльчатка вентилятора, которая обеспечивает циркуляцию воздуха через агрегат и его дополнительное охлаждение. Так обычно монтируются двигатели постоянного тока.

На валу двигателя мы получаем крутящий момент, который прекрасно можно использовать для своих нужд. Например, передать его посредством зубчатой передачи на редуктор или использовать непосредственно для получения полезной работы (как в вентиляторе дома).

Женщина доила корову, а воде отражалось всё наоборот. Такое может быть и с конструкцией электродвигателя. Тогда намотка там будет на статоре, вместо ротора. Это уже будут двигатели переменного тока. Сам же ротор будет выполнен или из постоянных магнитов, или выглядеть как короткозамкнутая клетка (её ещё именуют беличье колесо).

Бывает также, что и статор, и ротор электродвигателя представляют собой обмотки. Тогда картина незначительно меняется. Правда смысл всё равно сохраняется прежним. Про принципы конструирования таких машин мы поговорим чуть позже.

Принцип работы любого электродвигателя

Физический принцип работы электродвигателя держится на свойствах рамки с током в магнитном поле. Самое простое объяснение эффекта будет поверхностным, но ясным. Вспомните, как ведут себя два магнита, которые мы сводим одноименными полюсами. Они отталкиваются! При некотором приближении, можно сказать, что это и есть физический принцип работы любого электродвигателя. Для начала советую изучить мою статью про электромагнитную индукцию на сайте.

Тем или иным способом нам нужно создать два магнитных поля, которые оттолкнут друг друга. Если одно поле создать на крутящемся якоре, а второе на корпусе или статоре, то одно поле будет толкать другое, а движение будет превращаться в крутящий момент и получится двигатель. Дальше остается только поиграться с конструкцией. И таких конструкций известно много, но мы обсудим самые распространенные. Это двигатель постоянного тока и двигатель переменного тока. Последний вариант разделяют на синхронные и асинхронные.

Физический принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если мы вспомним закон Ампера, то будет понятно, что на проводник с током в магнитном поле действует некоторая сила. Именно это обстоятельство позволяет получить вращающийся якорь.

Вспомним самый простой опыт, который показывают школьникам. Рамку с током помещают в магнитное поле и она начинает двигаться. Правда двигается она недолго, а скорее дергается. Всему виной несовпадение векторов. Размести мы магниты слегка иначе и получили бы постоянное движение.

Силы Ампера, действующие на боковые стороны рамки, будут создавать вращающий момент, величина которого пропорциональна магнитной индукции, силе тока в рамке, ее площади S и зависит от угла a между вектором магнитной индукции и нормалью к рамке.

Рамка с током в магнитном поле

В представленной ситуации рамка будет вращаться только тогда, когда вектора Fа будут не деформировать её, а придавать вращательное движение.

Вот так крутится рамка

Для этого в данном примере рамку нужно повернуть на 90 градусов. Теперь представим, что якорь нашего двигателя весь состоит из таких рамок, их очень много. Это улучшит процесс движения.

Вот и получился самый простой электрический двигатель постоянного тока.

Теперь представим, как будет выглядеть поведение такого двигателя при включении в цепь с переменным током. Он начнет танцевать в разные стороны. Ведь переменный электрический ток отличается тем, что регулярно меняет своё направление. Рамка с током, через которую он проходит, будет также менять направление своего движения. Крутиться равномерно такая штука не сможет. Поэтому, в переменных сетях используется двигатели переменного тока. Двигатель постоянного тока конечно же сможет работать в переменной сети, но для этого нужно использовать выпрямитель перед ним.

Правда бывают и универсальные электродвигатели, которые одинаково комфортно юзаются и там, и там. Но про это чуть позже.

Физический принцип работы электродвигателя переменного тока

Тут логика работы строится немного иначе. Обмотка у нас находится на статоре. А вот ротор представляет собой сердечник со специальной замкнутой рамкой или постоянными магнитами. Так проще обыграть постоянную смену направления тока.

Если двигатель переменного тока однофазный (или, правильнее сказать, может работать в нашей электрической цепи на 220 В) , то в обмотке статора при прохождении тока создается пульсирующее магнитное поле. Это поле раскладывается на два поля, имеющих равные амплитуды и вращающиеся в противоположные стороны с одинаковой частотой. Для разложения мы просто делаем замкнутый контур и получаем, что по одной части контура ток идёт в одну сторону, а по другой — в противоположную. Вот вам и момент, который крутанет рамку с током. А точнее — ротор определенной конструкции. Дальше обмотку статора «разносят» на 180 градусов и получают рабочую схему.

Поскольку полярность тока на статоре постоянно меняется, получается что генерируемое магнитное поле тоже меняет направление и регулярно, в соответствии с фазой колебания, «даёт пинок» нашему якорю. Этот процесс и порождает непрерывное равномерное движение ротора. Но есть тут один прикол!

Если двигатель однофазный, то прежде, чем он начнет работать, его ротор нужно крутануть. Или же магнитное поле так и будет пульсировать, а ротор так и будет стоять. Для этого обычно используется дополнительная обмотка или прочие ухищрения. Для создания вращающегося магнитного поля необходимо, чтобы магнитный поток через пусковую обмотку был сдвинут по фазе относительно рабочей. Но про это как-нибудь в другой раз.

Отметим, что этого недуга лишены трехфазные двигатели переменного тока. Там всё тоже самое, но поскольку у нас есть три разных фазы с разными точками максимальных значений относительно времени, в статоре создается вращающееся магнитное поле.

Оно начинает бегать по кругу, а заодно пинает ротор. Этот процесс и порождает непрерывное равномерное движение ротора. Тут уже не нужно никакое возбуждение, потому что ротор будет регулярно пинаться по кругу, как карусель, раскручиваемый детьми.

Синхронный и асинхронный двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока подразделяют на синхронные и асинхронные. Для постоянного тока это разделение не имеет особого смысла. Ведь там нет как такового понятия фаза и изменения направления тока.

Логика работы в обоих двигателях одинаковая. Но, судя по названию, в асинхронном что-то должно происходить ни в такт с основным процессом.

Синхронный и асинхронный двигатели отличаются преимущественно конструкцией ротора.

В роторе синхронного двигателя предусмотрена обмотка с независимой подачей напряжения или постоянные магнитики. Они толкают ротор относительно пульсирующего магнитного поля.

Ротор синхронного двигателя

У асинхронного ротора ток формируется с помощью магнитного статорного поля. В соответствии с законом электромагнитной индукции под действием прямого и обратного магнитных потоков в обмотке ротора станет действовать электродвижущая сила. Ротор похож по своей конструкции на колесо для грызуна. Но бывают и варианты с обмоткой, расположенной определенным образом.

Ротор асинхронного двигателя

В синхронном двигателе поля статора и ротора взаимодействуют друг с другом и имеют равную скорость. Ротор вращается в соответствии и точно в такт с полем статора. Частота вращения ротора синхронна частоте тока обмотки статора.

У асинхронных агрегатов имеет место разность магнитного поля роторного и статорного механизма на величину скольжения. Это то самое проскальзывание. Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора.

Не забываем, что обмотка ротора асинхронного двигателя, будь-то клетка или катушки под 120 градусов, является замкнутым контуром. В ней наводится ЭДС, а возникающий магнитный поток придает вращение ротору, отталкиваясь от пульсирующего магнитного поля статора. Движется эта кухня в направлении движения магнитного потока статора. Вращающий электромагнитный момент пытается уравнять скорости вращения магнитных полей статора и ротора, но это не всегда получается (а лучше сказать — никогда). Ведь уровнять эти моменты можно лишь в случае, если создавать поля одновременно, как в синхронном двигателе. Также влияет механическая нагрузка, которая подключена к валу ротора и мешает догнать поле. Но и в свободном состоянии эти цифры будут различаться. Ведь у любого механизма имеется некоторая инертность, а на время появления поля в замкнутой клетке (т.е. роторе асинхронного двигателя) тоже требуется время.

Вообщем-то, это основные вещи, которые вам следует уяснить. Всё остальное — это погружение в особенности конструкций конкретных агрегатов.

Поделиться:

Как работает электродвигатель?

Артикул:
Defencebridge

Электродвигатели — это надежный и энергоэффективный способ выработки электроэнергии. Поняв основные принципы использования электричества, вы сможете начать использовать эту полезную технологию для решения повседневных задач.

 

Что такое электродвигатели?

Электродвигатели — это устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую. Затем эта механическая энергия используется для создания движения или создания какого-либо результата, например, вращения вентилятора. Электродвигатели также можно использовать для управления сложными и точными системами, такими как роботы или самолеты. Базовый электродвигатель состоит из якоря, коллектора и щеток, вращающихся магнитов, обмоток и корпуса.

 

Как работают электродвигатели?

Электродвигатели работают на основе электромагнетизма. В электродвигателе якорь вращается между полюсами вращающегося магнита, создавая магнитную силу, которая приводит в движение якорь. Когда электричество проходит через обмотки якоря, это создает второе противоположное магнитное поле, которое взаимодействует с первым и вызывает движение. Затем движение якоря соединяется с каким-либо выходом, например, с лопастью вентилятора или рукой робота. Так электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.

 

Различные типы электродвигателей 

Существует несколько различных типов электродвигателей, но некоторые из наиболее распространенных включают двигатели постоянного тока, двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели переменного тока. Двигатели постоянного тока питаются от электричества постоянного тока (DC) и могут использоваться в таких приложениях, как автомобили и другие транспортные средства. Двигатели постоянного тока требуют меньше компонентов, чем двигатели переменного тока, но имеют менее эффективное преобразование энергии, чем двигатели переменного тока. Асинхронные двигатели переменного тока используют переменный ток (AC) для выработки энергии и более эффективны, чем двигатели постоянного тока, но для их работы могут потребоваться дополнительные компоненты, такие как конденсаторы.

 

Общие области применения электродвигателей

Электродвигатели могут использоваться во многих различных областях. Общие примеры включают автомобилестроение, бытовую электронику и промышленное производство. Автомобильные транспортные средства обычно используют электродвигатели для питания автомобиля или для вспомогательных функций, таких как электрические стеклоподъемники или другие компоненты с питанием. Бытовая электроника часто использует электродвигатели для привода таких механизмов, как CD/DVD-плееры и камеры. А в промышленном производстве электродвигатели обычно используются для питания двигателей насосов, конвейеров, вентиляторов и другого производственного оборудования.

 

Преимущества и недостатки использования электродвигателя

Электродвигатели имеют много преимуществ по сравнению с другими формами энергии, например удобство и эффективность. Они часто меньше, чем двигатели внутреннего сгорания, и поэтому могут использоваться в местах, где традиционные двигатели не могут поместиться. Кроме того, электродвигатели работают чисто и относительно тихо по сравнению с их аналогами с двигателями внутреннего сгорания. Однако электрические двигатели требуют большего обслуживания и имеют более высокие первоначальные затраты по сравнению с другими источниками топлива.

Как работает электродвигатель? (двигатель постоянного тока)

Как работают электродвигатели — трехфазные асинхронные двигатели переменного тока Двигатель переменного тока

Defensebridge

Новости технологий и статьи

Как работают электродвигатели — инженерное мышление

Узнайте, как работает электрический двигатель, основные части, почему и где они используются вместе с рабочими примерами.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube

Электродвигатель

Это электрический двигатель. Это одно из самых важных устройств, когда-либо изобретенных. Эти двигатели используются повсюду: от перекачки воды, которую мы пьем, до питания лифтов и кранов и даже охлаждения атомных электростанций. Итак, мы собираемся заглянуть внутрь одного и подробно узнать, как именно они работают в этой статье.

Электрический асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель будет выглядеть примерно так. Они превращают электрическую энергию в механическую, которую мы можем использовать для привода насосов, вентиляторов, компрессоров, шестерен, шкивов и т. д. Почти все детали находятся внутри основного корпуса. Спереди мы находим вал, это та часть, которая вращается, и мы можем подключить к ней такие вещи, как насосы, шестерни и шкивы, чтобы они работали за нас. Сзади мы видим вентилятор и защитную крышку, вентилятор соединен с валом, поэтому он вращается всякий раз, когда работает двигатель. Асинхронный двигатель может выделять много тепла во время работы, поэтому вентилятор обдувает корпус окружающим воздухом, охлаждая его. Если асинхронный двигатель станет слишком горячим, изоляция внутренних электрических катушек расплавится, что вызовет короткое замыкание, и двигатель разрушится. Ребра на боковой стороне корпуса помогают увеличить площадь поверхности, что позволяет отводить больше нежелательного тепла.

Вал поддерживается несколькими подшипниками, установленными внутри переднего и заднего щитов. Подшипники помогают валу вращаться плавно и удерживают его в нужном положении.

Передний щит

Внутри корпуса находим статор. Статор неподвижен и не вращается. Он состоит из нескольких медных проводов, намотанных в катушки между пазами, расположенными по внутреннему периметру. Медный провод покрыт специальной эмалью, которая электрически изолирует провода друг от друга, это означает, что электричество должно проходить через всю катушку, иначе оно пойдет по кратчайшему пути — и мы увидим, почему это важно, чуть позже. Эта статья. Это трехфазный асинхронный двигатель, поэтому у нас есть три отдельных набора катушек в статоре. Концы каждого комплекта подключаются к клеммам в электрической клеммной коробке. Мы увидим, как они связаны чуть позже в этой статье. При подключении к электросети статор создает вращающееся электромагнитное поле.

Статор

Ротор соединен с валом. В данном случае это ротор с короткозамкнутым ротором. Она называется беличьей клеткой, потому что у нее есть два концевых кольца, которые соединены стержнями, и они вращаются вместе. Эта конструкция похожа на маленькую клетку или колесо для упражнений, которое используют домашний хомяк или даже белка.

Беличья клетка

Беличья клетка оснащена несколькими ламинированными стальными листами. Эти листы помогут сконцентрировать магнитное поле на стержнях. Листы используются вместо сплошного куска металла, поскольку это повышает эффективность за счет уменьшения размера вихревых токов в роторе.

Когда ротор помещен внутрь статора и статор подключен к источнику электропитания, ротор начнет вращаться. Итак, как это возможно?

Как работают асинхронные двигатели

Когда электричество проходит по проводу, вокруг провода создается электромагнитное поле. Мы можем увидеть это, поместив несколько компасов вокруг провода, компасы будут вращаться, чтобы выровняться с этим магнитным полем. Если направление тока меняется на противоположное, меняется и магнитное поле, поэтому компас меняет направление.

Магнитное поле провода тянет и толкает шкалы компаса. Точно так же, как если бы мы сдвинули два стержневых магнита навстречу друг другу. Они будут либо притягиваться, либо отталкиваться. Мы даже можем использовать один магнит для вращения другого магнита. Или мы можем вращать магнит, изменяя интенсивность магнитного поля вокруг него.

Если поместить провод в магнитное поле и пропустить через него ток, то магнитное поле провода будет взаимодействовать с постоянными магнитами, магнитное поле и на провод будет действовать сила. Эта сила будет перемещать провод либо вверх, либо вниз, в зависимости от направления тока и полярности магнитных полей.

Провод в магнитном поле

Если мы смотаем провод в катушку, электромагнитное поле станет сильнее, катушка создаст северный и южный полюса, как постоянный магнит. Мы называем эти катушки проволоки индуктором. Когда мы пропускаем переменный ток через провод, электроны будут постоянно менять направление между движением вперед и назад. Таким образом, магнитное поле также будет расширяться и сжиматься, а полярность каждый раз будет меняться. Когда мы поместим другую отдельную катушку в непосредственной близости и замкнем цепь, электромагнитное поле индуцирует ток в этой второй катушке.

Мы можем соединить две катушки вместе и разместить их напротив друг друга, чтобы создать большее магнитное поле. Если мы поместим замкнутую проволочную петлю внутри этого большого магнитного поля, мы индуцируем ток в этой петле. Как мы знаем, когда мы пропускаем ток через провод, он генерирует магнитное поле, и мы также знаем, что магнитные поля будут толкать или притягивать друг друга. Таким образом, эта проволочная петля также будет генерировать магнитное поле, и оно будет взаимодействовать с большим магнитным полем. На каждую сторону катушки действуют противоположные силы, заставляющие ее вращаться. Таким образом, эта петля является нашим ротором, а катушки — статором.

Замкнутая петля провода внутри магнитного поля

Ротор будет вращаться только до тех пор, пока не выровняется с катушками статора, затем он застрянет, когда индуцированный ток изменит направление с катушкой. Чтобы преодолеть это, нам нужно ввести еще один набор катушек в статоре, и мы должны подключить их к другой фазе. Электроны в этой фазе текут в несколько другое время, поэтому электромагнитное поле также будет изменять силу и полярность в несколько другое время. Это заставит ротор вращаться.

Внутри асинхронного двигателя у нас есть 3 отдельные катушки, которые используются для создания вращательного электромагнитного поля. Когда мы пропускаем переменный ток через каждую катушку, катушки будут создавать электромагнитное поле, интенсивность и полярность которого меняются по мере того, как электроны меняют направление, но если бы мы соединили каждую катушку с другой фазой, то электроны в каждой катушка изменит направление в разное время. Это означает, что полярность и напряженность магнитного поля также будут иметь место в разное время.

Фаза 1, 2, 3

Чтобы распределить это магнитное поле, нам нужно повернуть наборы катушек на 120 градусов по сравнению с предыдущей фазой, а затем объединить их в статор. Магнитное поле различается по силе и полярности между катушками, которые в совокупности создают эффект вращающегося магнитного поля.

Ранее в этой статье мы видели, что ток может индуцироваться во второй катушке, когда она находится в непосредственной близости. Стержни беличьей клетки закорочены на каждом конце, что создает несколько петель или катушек, поэтому каждый стержень индуцирует ток и создает магнитное поле.

Магнитное поле стержней ротора взаимодействует с магнитным полем статора. Магнитное поле стержней ротора притягивается к магнитному полю статора. Поскольку магнитное поле вращается, ротор также будет вращаться в том же направлении, что и магнитное поле, пытаясь выровняться с ним, но он никогда не сможет полностью догнать его.

Стержни ротора часто перекошены. Это помогает распределить магнитное поле по нескольким стержням и препятствует выравниванию и заклиниванию двигателя.

Электрические соединения

Статор содержит все катушки или обмотки, используемые для создания вращающегося электромагнитного поля при пропускании электричества по проводам. Для питания катушек мы находим электрическую клеммную коробку сверху, а иногда и сбоку.

Внутри этой коробки у нас есть 6 электрических клемм. Каждый терминал имеет соответствующую букву и номер, у нас есть U1, V1 и W1, затем W2, U2 и V2. У нас есть катушка первой фазы, подключенная к двум клеммам U, затем катушки фазы 2, подключенные к двум клеммам V, и, наконец, катушка фазы 3, подключенная к двум клеммам W. Обратите внимание, что электрические клеммы расположены по-разному на одной стороне и на другой. Мы увидим, почему это так, через мгновение.

Электрическая клеммная коробка

Теперь мы вносим наш трехфазный источник питания и подключаем его к соответствующим клеммам. Чтобы двигатель заработал, нам нужно замкнуть цепь, и есть два способа сделать это. Первый способ — дельта-конфигурация. Для этого мы подключаем клеммы от U1 к W2, от V1 к U2 и от W1 к V2. Это даст нам нашу дельта-конфигурацию.

Конфигурация треугольника

Теперь, когда мы подаем переменный ток по фазам, мы видим, что электричество течет от одной фазы к другой, поскольку направление переменного тока меняется на противоположное в каждой фазе в разное время. Вот почему у нас есть терминалы в разном расположении в клеммной коробке, потому что мы можем легко соединиться и позволить электричеству течь между фазами, когда электроны меняются местами в разное время.

Другой способ подключения терминалов — использование конфигурации «звезда» или «звезда». В этом методе мы соединяем W2, U2 и V2 только с одной стороны. Это даст нам наше эквивалентное звездообразное или звездообразное соединение. Теперь, когда мы пропускаем электричество через фазы, мы видим, что электроны распределяются между выводами фаз.

Конфигурация «звезда»

Из-за различий в конструкции величина тока, протекающего в конфигурации «звезда» и «треугольник», отличается, и мы увидим некоторые расчеты для них ближе к концу статьи.

Расчеты звезда (звезда) треугольник

Давайте посмотрим на разницу между конфигурациями звезды и треугольника.

Допустим, у нас есть двигатель, соединенный треугольником, с напряжением питания 400 Вольт. Это означает, что когда мы используем мультиметр для измерения напряжения между любыми двумя фазами, мы получим показание 400 вольт, мы называем это межфазным напряжением.

Теперь, если мы измерим два конца катушки, мы снова увидим межфазное напряжение 400 Вольт. Допустим, каждая катушка имеет сопротивление или импеданс, поскольку это переменный ток, 20 Ом. Это означает, что мы получим показание тока на катушке 20 ампер. Мы можем рассчитать это из 400 вольт, разделенных на 20 Ом, что составляет 20 ампер. Но ток в линии будет другой, он будет 34,6А. Мы получаем это из 20 ампер, умноженных на квадратный корень из 3, что составляет 34,6 ампер, потому что каждая фаза подключена к двум катушкам.

Соединение треугольником

Теперь, если мы посмотрим на конфигурацию звезды или звезды, мы снова получим линейное напряжение 400 В. Мы видим это, если измеряем между любыми двумя фазами. Но в конфигурации звезды все наши катушки соединены вместе и встречаются в точке звезды или в нейтральной точке. Именно отсюда мы можем провести нейтральный провод, если это необходимо. Итак, на этот раз, когда мы измеряем напряжение на концах любой катушки, мы получаем более низкое значение 230 вольт, потому что фаза не подключена напрямую к двум катушкам, как в конфигурации треугольника, один конец катушки подключен к фаза, а другая подключена к общей точке, поэтому напряжение является общим. Напряжение меньше, так как одна фаза всегда перевернута. Мы можем рассчитать это, разделив 400 вольт на квадратный корень из 3, что равно 230 вольтам. Чем меньше напряжение, тем меньше будет ток. Если эта катушка также имеет импеданс 20 Ом, то 230 вольт разделить на 20 ампер = 11,5 ампер. Таким образом, линейный ток также будет одинаковым и составит 11,5 ампер.