Принцип перетворення енергії в електродвигунах

Принцип перетворення енергії електродвигуна стосується його основного механізму перетворення електричної енергії в механічну, який базується на законах електромагнітної індукції та електромагнітної сили (закон Ампера).

Зокрема, двигун досягає перетворення енергії через електромагнітну взаємодію між статором і ротором: обмотка статора генерує магнітне поле після подачі напруги, яке взаємодіє зі струмом у провіднику ротора, створюючи електромагнітну силу (силу Лоренца), таким чином формуючи крутний момент, який змушує ротор обертатися, і в кінцевому підсумку перетворює вхідну електричну енергію в механічну кінетичну енергію.

 

Основний принцип перетворення енергії в електродвигунах

Електромагнітна індукція та електромагнітна сила: коли струм проходить через провідник двигуна (наприклад, обмотку статора), навколо нього створюється магнітне поле; Магнітне поле взаємодіє зі струмом у роторі, і згідно із силовим законом Ампера на провідник діє сила, яка змушує ротор обертатися

Шлях перетворення енергії: після того, як електрична енергія надходить у двигун, вона перетворюється на обертовий рух ротора (механічну енергію) через електромагнітну індукцію та електромагнітну силу, яка змушує зовнішнє навантаження працювати

Ключова структура: Двигун в основному складається зі статора (нерухома частина, що створює магнітне поле) і ротора (обертова частина, що несе струм). Деякі двигуни також містять комутатор (двигун постійного струму) або перетворювач частоти (двигун змінного струму) для підтримки односпрямованого крутного моменту.

 

Класифікація та робочі характеристики двигунів

За джерелом живлення електродвигуни можна розділити на двигуни постійного струму та двигуни змінного струму. Серед них двигуни змінного струму більш широко використовуються в енергетичних системах, включаючи синхронні двигуни та асинхронні двигуни (асинхронні двигуни мають швидкість ротора, яка не синхронізована зі швидкістю магнітного поля статора)

6. Обертове магнітне поле двигуна змінного струму створюється три-фазними збалансованими струмами, що проходять через обмотки статора з просторовою різницею 120 градусів,

Серед них (omega=2 \\ pi f) — кутова частота, (f) — потужна частота, (p) — логарифм полюсів і синхронна швидкість (n0=60f/p)

7. Швидкість ротора асинхронного двигуна (n=(1- s) n0) завжди відстає від синхронної швидкості, надаючи йому природну можливість плавного пуску завдяки його «асинхронній» характеристиці

 

Історична довідка та застосування

Принцип роботи електродвигунів походить від магнітного ефекту струму, відкритого Остером у 1820 році, а потім Фарадей винайшов перший електродвигун у 1821 році.

6. Сучасні двигуни широко використовуються в промисловості, на транспорті та в побутовій техніці, і їх ефективність перетворення енергії залежить від типу, конструкції та умов використання. Наприклад, двигуни змінного струму зазвичай ефективніші за двигуни постійного струму

1. З розвитком матеріалознавства та технологій управління двигуни розвиваються в напрямку вищої щільності потужності та інтелекту

Електродвигун використовує принцип сили, що діє на наелектризований провідник у магнітному полі (що відрізняється від магнітного ефекту електричного струму, і сучасна фізика для дев’ятого класу чітко розділяє ці два). Відкриття цього принципу було зроблено датським фізиком Остером, який народився 14 серпня 1777 року в родині фармацевта в Руджобіні на острові Ланглонг. У 1794 році він був прийнятий до Копенгагенського університету та отримав ступінь доктора наук у 1799 році. З 1801 по 1803 рік він відвідав такі країни, як Німеччина та Франція, і познайомився з багатьма фізиками та хіміками. З 1806 року він обіймав посаду професора фізики в Копенгагенському університеті, а з 1815 року він став виконавчим секретарем Королівського датського товариства. У 1820 році він був нагороджений медаллю Коплі Королівського товариства Англії за видатне відкриття магнітного ефекту електричного струму.

З 1829 року він обіймав посаду декана Копенгагенського технологічного інституту. Помер 9 березня 1851 року в Копенгагені. Він провів великі дослідження в галузі фізики, хімії та філософії. Завдяки впливу філософії Канта та натурфілософії Шеллінга я твердо вірю, що природні сили можуть перетворюватися одна на одну, і давно досліджував зв’язок між електрикою та магнетизмом. У квітні 1820 року нарешті було відкрито дію електричного струму на магнітні стрілки, а саме магнітну дію електричного струму. 21 липня того ж року він опублікував свої висновки під назвою «Експеримент з ефектом електричного конфлікту на магнітних стрілках». Ця коротка стаття викликала великий шок у європейській спільноті фізиків, що призвело до появи великої кількості експериментальних результатів і, таким чином, відкрило нову галузь фізичного - електромагнетизму.

Структурна класифікація

1. Структура три-фазного асинхронного двигуна складається зі статора, ротора та інших аксесуарів.

(1) Статор (нерухома частина)

1. Залізний сердечник статора

Функція: як частина магнітного кола двигуна, на якому розміщена обмотка статора.

Конструкція: Сердечник статора, як правило, виготовлений шляхом штампування та ламінування листів кремнієвої сталі з ізоляційними шарами на поверхні товщиною 0,35–0,5 міліметра. У внутрішньому колі сердечника виконані рівномірно розподілені прорізи для закладення обмотки статора.

Існує кілька типів пазів сердечника статора:

Напівзакритий слот: ККД і коефіцієнт потужності двигуна високі, але вбудовування обмотки та ізоляція складні. Зазвичай використовується в невеликих-двигунах низької напруги.

Напіввідкрите гніздо: можливе вбудовування формованих обмоток, зазвичай використовується для великих і середніх-моторів низької-напруги. Так-так звана сформована обмотка стосується обмотки, яку можна ізолювати перед розміщенням у гнізді.

Відкритий слот: використовується для вбудовування формованих обмоток із зручним методом ізоляції, в основному використовується в двигунах високої-напруги.

 

2. Обмотка статора

Функція: це частина схеми електродвигуна, який живиться три{0}}фазним струмом змінного струму для створення обертового магнітного поля.

Конструкція: складається з трьох ідентичних обмоток, розташованих симетрично під електричним кутом 120 градусів у просторі, кожна котушка цих обмоток вбудована за певним шаблоном у кожен паз статора.

Розрізняють три основні елементи ізоляції обмоток статора: (забезпечення надійної ізоляції між струмопровідними частинами обмотки та залізним сердечником, а також надійної ізоляції між самими обмотками).

⑴ Ізоляція заземлення: ізоляція між усією обмоткою статора та сердечником статора.

⑵ Міжфазна ізоляція: ізоляція між обмотками статора кожної фази.

⑶ Міжвиткова ізоляція: ізоляція між витками кожної обмотки статора кожної фази.

Проводка всередині розподільної коробки двигуна:

Усередині розподільної коробки двигуна є клемна колодка, і шість кінців дроту три{0}}фазної обмотки розташовано у два ряди, причому верхній ряд складається з трьох клемних полюсів, розташованих зліва направо, пронумерованих 1 (U1), 2 (V1) і 3 (W1), а нижній ряд із трьох клемних полюсів, розташованих зліва направо, пронумерований 6 (W2), 4 (U2) і 5. (V2). З’єднайте три{14}}фазну обмотку зіркою або трикутником. Усе виробництво та технічне обслуговування повинні бути організовані відповідно до цього серійного номера.

 

3. Машинна база

Функція: кріплення сердечника статора, передніх і задніх торцевих ковпачків для підтримки ротора та забезпечення захисту, розсіювання тепла та інших функцій.

Конструкція: Основа зазвичай виготовляється з чавуну. Основа великих асинхронних двигунів, як правило, зварена сталевими пластинами, тоді як основа мікродвигунів виготовлена ​​з литого алюмінію. Закритий двигун має тепловідвідні ребра на зовнішній стороні основи, щоб збільшити площу розсіювання тепла, тоді як захисний двигун має вентиляційні отвори на обох кінцях кришки основи, щоб забезпечити пряму конвекцію повітря всередині та ззовні двигуна, полегшуючи розсіювання тепла.