امروز تصور تمدن بشری و جامعه پیشرفته بدون برق غیرممکن است. یکی از اصلی ترین وسایلی که کارکرد وسایل برقی را تضمین می کند موتور است. این دستگاه بیشترین توزیع را پیدا کرده است: از صنعت (پنکه، سنگ شکن، کمپرسور) تا مصارف خانگی (ماشین لباسشویی، مته و غیره). اما اصل کار یک موتور الکتریکی چیست؟
مقصد
اصل عملکرد موتور الکتریکی و اهداف اصلی آن انتقال انرژی مکانیکی لازم برای انجام فرآیندهای تکنولوژیکی به بدنه های کار است. خود موتور به دلیل برق مصرفی از شبکه آن را تولید می کند. اساساً، اصل کار یک موتور الکتریکی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است. مقدار انرژی مکانیکی تولید شده توسط آن در یک واحد زمان، توان نامیده می شود.
بازدیدموتورهای
بسته به ویژگی های شبکه تامین، دو نوع موتور اصلی را می توان تشخیص داد: در جریان مستقیم و متناوب. رایج ترین ماشین های DC موتورهایی با تحریک سری، مستقل و مختلط هستند. نمونه هایی از موتورهای AC ماشین های سنکرون و ناهمزمان هستند. با وجود تنوع ظاهری، دستگاه و اصل کار یک موتور الکتریکی برای هر منظوری بر اساس برهمکنش یک رسانا با جریان و یک میدان مغناطیسی یا یک آهنربای دائمی (جسم فرومغناطیسی) با یک میدان مغناطیسی است.
حلقه فعلی - نمونه اولیه موتور
نکته اصلی در موردی مانند اصل کار یک موتور الکتریکی را می توان ظاهر گشتاور نامید. این پدیده را می توان با استفاده از مثال یک قاب با جریان که از دو هادی و یک آهنربا تشکیل شده است در نظر گرفت. جریان از طریق حلقه های تماسی که بر روی محور قاب دوار ثابت شده اند به هادی ها می رسد. طبق قانون معروف دست چپ، نیروهایی بر روی قاب وارد می شوند که باعث ایجاد گشتاور در اطراف محور می شود. تحت تأثیر این نیروی کل در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد. مشخص است که این لحظه چرخش مستقیماً با القای مغناطیسی (B)، قدرت جریان (I)، سطح قاب (S) متناسب است و به زاویه بین خطوط میدان و محور دومی بستگی دارد. با این حال، تحت تأثیر لحظه ای که در جهت آن تغییر می کند، فریم نوسان می کند. برای ایجاد دائمی چه کاری می توان انجام دادجهت ها؟ در اینجا دو گزینه وجود دارد:
- تغییر جهت جریان الکتریکی در قاب و موقعیت رساناها نسبت به قطب های آهنربا؛
- جهت خود میدان را تغییر دهید، در حالی که کادر در همان جهت می چرخد.
اولین گزینه برای موتورهای DC استفاده می شود. و دومی اصل موتور AC است.
تغییر جهت جریان نسبت به آهنربا
برای تغییر جهت حرکت ذرات باردار در هادی قاب با جریان، به دستگاهی نیاز دارید که این جهت را بسته به محل قرارگیری هادی ها تنظیم کند. این طراحی از طریق استفاده از کنتاکت های کشویی، که برای تامین جریان به حلقه استفاده می شود، اجرا می شود. هنگامی که یک حلقه جایگزین دو حلقه می شود، هنگامی که قاب نیم دور می چرخد، جهت جریان معکوس می شود و گشتاور آن را حفظ می کند. توجه به این نکته ضروری است که یک حلقه از دو نیمه که از یکدیگر جدا شده اند، مونتاژ شده است.
طراحی ماشین DC
مثال بالا اصل کار یک موتور DC است. البته ماشین واقعی طراحی پیچیده تری دارد که در آن از ده ها فریم برای تشکیل سیم پیچ آرمیچر استفاده شده است. هادی های این سیم پیچ در شیارهای خاصی در یک هسته فرومغناطیسی استوانه ای قرار می گیرند. انتهای سیم پیچ ها به حلقه های عایق متصل می شوند که یک کلکتور را تشکیل می دهند.سیم پیچ، کموتاتور و هسته آرمیچری هستند که در یاتاقان ها روی بدنه خود موتور می چرخند. میدان مغناطیسی تحریک توسط قطب های آهنرباهای دائمی که در محفظه قرار دارند ایجاد می شود. سیم پیچ به برق متصل است و می توان آن را مستقل از مدار آرمیچر یا به صورت سری روشن کرد. در مورد اول، موتور الکتریکی تحریک مستقل خواهد داشت، در مورد دوم - متوالی. همچنین یک طرح تحریک مختلط وجود دارد، زمانی که دو نوع اتصال سیم پیچ به طور همزمان استفاده می شود.
دستگاه سنکرون
اصل کار یک موتور سنکرون ایجاد میدان مغناطیسی دوار است. سپس باید هادی هایی را که با جریان ثابت در جهت جریان دارند در این قسمت قرار دهید. اصل کار یک موتور سنکرون که در صنعت بسیار فراگیر شده است بر اساس مثال بالا با یک حلقه با جریان است. میدان چرخشی ایجاد شده توسط آهنربا با استفاده از یک سیستم سیم پیچی که به برق متصل است تشکیل می شود. معمولاً از سیم‌پیچ‌های سه فاز استفاده می‌شود، با این حال، اصل عملکرد یک موتور AC تک فاز با یک موتور سه فاز تفاوتی نخواهد داشت، به جز شاید در تعداد خود فازها، که هنگام در نظر گرفتن ویژگی‌های طراحی قابل توجه نیست. سیم‌پیچ‌ها در شکاف‌های استاتور با مقداری جابجایی در اطراف قرار می‌گیرند. این کار برای ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار در شکاف هوای ایجاد شده انجام می‌شود.
Synchronism
نکته بسیار مهم، عملکرد همزمان موتور الکتریکی استساخت و ساز فوق هنگامی که میدان مغناطیسی با جریان در سیم پیچ روتور تعامل می کند، فرآیند چرخش خود موتور تشکیل می شود که با توجه به چرخش میدان مغناطیسی تشکیل شده روی استاتور، همزمان خواهد بود. سنکرونیسم تا رسیدن به حداکثر گشتاور که ناشی از مقاومت است حفظ می شود. اگر بار افزایش یابد، ممکن است دستگاه از هماهنگی خارج شود.
موتور القایی
اصل کار یک موتور الکتریکی ناهمزمان وجود میدان مغناطیسی دوار و قاب های بسته (کانتورها) روی روتور - قسمت دوار است. میدان مغناطیسی به همان روشی که در یک موتور سنکرون ایجاد می شود - با کمک سیم پیچ های واقع در شیارهای استاتور که به یک شبکه ولتاژ متناوب متصل می شوند. سیم پیچ های روتور از دوازده قاب حلقه بسته تشکیل شده و معمولاً دارای دو نوع اجرا هستند: فاز و اتصال کوتاه. اصل کار موتور AC در هر دو نسخه یکسان است، فقط طراحی تغییر می کند. در مورد روتور قفس سنجاب (همچنین به عنوان قفس سنجاب شناخته می شود)، سیم پیچ با آلومینیوم مذاب داخل شکاف ها ریخته می شود. در ساخت سیم‌پیچ فاز، انتهای هر فاز با استفاده از حلقه‌های تماسی کشویی بیرون می‌آید، زیرا این امکان را می‌دهد تا مقاومت‌های اضافی در مدار قرار داده شود که برای کنترل دور موتور ضروری است.
دستگاه کششی
اصل عملکرد موتور کششی مشابه موتورهای DC است. از شبکه تامین، جریان به یک ترانسفورماتور افزایش دهنده تامین می شود. به علاوهجریان متناوب سه فاز به پست های کششی ویژه منتقل می شود. یکسو کننده وجود دارد. AC را به DC تبدیل می کند. طبق این طرح، آن را با یکی از قطب های آن به سیم های تماس، دوم - به طور مستقیم به ریل انجام می شود. لازم به یادآوری است که بسیاری از مکانیسم های کششی با فرکانس متفاوت از صنعتی (50 هرتز) کار می کنند. بنابراین برای موتور الکتریکی از مبدل فرکانس استفاده می شود که اصل کار آن تبدیل فرکانس ها و کنترل این مشخصه است.
در پانتوگراف بالا رفته، ولتاژ به محفظه هایی که رئوستات های راه اندازی و کنتاکتورها در آن قرار دارند، تامین می شود. با کمک کنترلرها، رئوستات ها به موتورهای کششی که روی محورهای بوژی ها قرار دارند متصل می شوند. از آنها، جریان از طریق لاستیک ها به ریل ها می گذرد و سپس به پست تراکشن باز می گردد و در نتیجه مدار الکتریکی را تکمیل می کند.
