Dnes je nemožné si představit lidskou civilizaci a high-tech společnost bez elektřiny. Jedním z hlavních zařízení, které zajišťují provoz elektrických spotřebičů, je motor. Tento stroj si našel nejširší rozšíření: od průmyslu (ventilátory, drtiče, kompresory) až po domácí použití (pračky, vrtačky atd.). Jaký je ale princip fungování elektromotoru?
Destination
Principem činnosti elektromotoru a jeho hlavním cílem je přenášet mechanickou energii potřebnou pro provádění technologických procesů na pracovní orgány. Ten si motor sám generuje díky spotřebě elektřiny ze sítě. Principem činnosti elektromotoru je v podstatě přeměna elektrické energie na mechanickou energii. Množství mechanické energie, kterou vygeneruje za jednu jednotku času, se nazývá výkon.
Zobrazenímotory
V závislosti na charakteristikách napájecí sítě lze rozlišit dva hlavní typy motoru: na stejnosměrný a na střídavý proud. Nejběžnějšími stejnosměrnými stroji jsou motory se sériovým, nezávislým a smíšeným buzením. Příklady střídavých motorů jsou synchronní a asynchronní stroje. Přes zdánlivou rozmanitost je zařízení a princip činnosti elektromotoru pro jakýkoli účel založen na interakci vodiče s proudem a magnetickým polem nebo permanentního magnetu (feromagnetického předmětu) s magnetickým polem.
Proudová smyčka – prototyp motoru
Hlavním bodem v takové věci, jako je princip fungování elektrického motoru, lze nazvat vzhled točivého momentu. Tento jev lze uvažovat na příkladu rámu s proudem, který se skládá ze dvou vodičů a magnetu. Proud je do vodičů přiváděn přes kontaktní kroužky, které jsou upevněny na ose otočného rámu. V souladu se slavným pravidlem levé ruky budou na rám působit síly, které vytvoří krouticí moment kolem osy. Při působení této celkové síly se bude otáčet proti směru hodinových ručiček. Je známo, že tento moment otáčení je přímo úměrný magnetické indukci (B), síle proudu (I), ploše rámu (S) a závisí na úhlu mezi siločárami a osou posledně jmenované. Působením momentu, který mění svůj směr, se však rám rozkmitá. Co lze udělat pro vytvoření trvaléhoPokyny? Zde jsou dvě možnosti:
- změňte směr elektrického proudu v rámu a polohu vodičů vzhledem k pólům magnetu;
- změňte směr samotného pole, zatímco se rám otáčí stejným směrem.
První možnost se používá pro stejnosměrné motory. A druhý je princip střídavého motoru.
Změna směru proudu vzhledem k magnetu
Abyste mohli proudem změnit směr pohybu nabitých částic ve vodiči rámu, potřebujete zařízení, které by nastavilo tento směr v závislosti na umístění vodičů. Tato konstrukce je realizována pomocí posuvných kontaktů, které slouží k napájení smyčky. Když jeden kroužek nahradí dva, když se rám otočí o půl otáčky, směr proudu se obrátí a točivý moment jej zachová. Je důležité si uvědomit, že jeden prsten je sestaven ze dvou polovin, které jsou od sebe izolované.
Konstrukce stroje DC
Výše uvedený příklad je pracovní princip stejnosměrného motoru. Skutečný stroj má samozřejmě složitější konstrukci, kde se k formování vinutí kotvy používají desítky rámů. Vodiče tohoto vinutí jsou uloženy ve speciálních drážkách ve válcovém feromagnetickém jádru. Konce vinutí jsou spojeny s izolovanými kroužky, které tvoří kolektor. Vinutí, komutátor a jádro jsou kotva rotující v ložiskách na vlastním těle motoru. Budicí magnetické pole je vytvářeno póly permanentních magnetů, které jsou umístěny v pouzdře. Vinutí je připojeno k síti a lze jej zapínat buď nezávisle na obvodu kotvy, nebo sériově. V prvním případě bude mít elektromotor nezávislé buzení, ve druhém - sekvenční. Existuje také smíšené provedení buzení, kdy jsou použity dva typy připojení vinutí najednou.
Synchronní stroj
Princip činnosti synchronního motoru spočívá ve vytváření rotujícího magnetického pole. Pak musíte do tohoto pole umístit vodiče, které jsou usměrněny konstantním proudem ve směru. Princip činnosti synchronního motoru, který se v průmyslu velmi rozšířil, je založen na výše uvedeném příkladu se smyčkou s proudem. Rotační pole vytvářené magnetem je tvořeno pomocí systému vinutí, která jsou připojena k elektrické síti. Obvykle se používají třífázová vinutí, princip činnosti jednofázového střídavého motoru se však nebude lišit od třífázového, snad s výjimkou počtu samotných fází, což není podstatné při zvažování konstrukčních prvků. Vinutí jsou umístěna ve statorových štěrbinách s určitým posunem po obvodu. To se provádí za účelem vytvoření rotujícího magnetického pole ve vytvořené vzduchové mezeře.
Synchronismus
Velmi důležitým bodem je synchronní chod elektromotoruvýše uvedená konstrukce. Při interakci magnetického pole s proudem ve vinutí rotoru se vytvoří samotný proces otáčení motoru, který bude synchronní s ohledem na rotaci magnetického pole vytvořeného na statoru. Synchronismus bude zachován až do dosažení maximálního točivého momentu, který je způsoben odporem. Pokud se zatížení zvýší, stroj se může nesynchronizovat.
Indukční motor
Principem činnosti asynchronního elektromotoru je přítomnost rotujícího magnetického pole a uzavřených rámů (kontur) na rotoru - rotující části. Magnetické pole se tvoří stejně jako u synchronního motoru – pomocí vinutí umístěných v drážkách statoru, která jsou připojena k síti střídavého napětí. Vinutí rotoru se skládají z tuctu rámů s uzavřenou smyčkou a obvykle mají dva typy provedení: fázové a zkratované. Princip činnosti střídavého motoru je u obou verzí stejný, mění se pouze konstrukce. V případě klecového rotoru (také známého jako klec pro veverku) je vinutí nalito do štěrbin roztaveným hliníkem. Při výrobě fázového vinutí jsou konce každé fáze vyvedeny pomocí kluzných kontaktních kroužků, protože to umožní začlenění dalších odporů do obvodu, které jsou nezbytné pro řízení otáček motoru.
Trakční stroj
Princip činnosti trakčního motoru je podobný jako u stejnosměrného motoru. Z napájecí sítě je proud přiváděn do stupňovitého transformátoru. Dáletřífázový střídavý proud je přenášen do speciálních trakčních měníren. Je tam usměrňovač. Převádí AC na DC. Podle schématu se provádí s jednou z polarit na trolejové dráty, druhá - přímo na kolejnice. Je třeba mít na paměti, že mnoho trakčních mechanismů pracuje na frekvenci odlišné od zavedené průmyslové (50 Hz). Proto se pro elektromotor používá frekvenční měnič, jehož principem je převádět frekvence a řídit tuto charakteristiku.
Na vyvýšeném pantografu je napětí přiváděno do komor, kde jsou umístěny spouštěcí reostaty a stykače. Pomocí ovladačů jsou reostaty propojeny s trakčními motory, které jsou umístěny na nápravách podvozků. Z nich proud protéká pneumatikami na koleje a poté se vrací do trakční rozvodny, čímž je elektrický obvod dokončen.
