Σήμερα είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς τον ανθρώπινο πολιτισμό και την κοινωνία υψηλής τεχνολογίας χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Μία από τις κύριες συσκευές που διασφαλίζουν τη λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών είναι ο κινητήρας. Αυτό το μηχάνημα βρήκε την ευρύτερη διανομή: από τη βιομηχανία (ανεμιστήρες, θραυστήρες, συμπιεστές) μέχρι οικιακή χρήση (πλυντήρια, τρυπάνια κ.λπ.). Ποια είναι όμως η αρχή λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα;
Προορισμός
Η αρχή λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα και οι κύριοι στόχοι του είναι η μεταφορά της μηχανικής ενέργειας που απαιτείται για την εκτέλεση των τεχνολογικών διεργασιών στα σώματα εργασίας. Ο ίδιος ο κινητήρας το παράγει λόγω της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται από το δίκτυο. Ουσιαστικά, η αρχή λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα είναι η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική. Η ποσότητα της μηχανικής ενέργειας που παράγεται από αυτό σε μία μονάδα χρόνου ονομάζεται ισχύς.
Προβολέςκινητήρες
Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του δικτύου τροφοδοσίας, διακρίνονται δύο κύριοι τύποι κινητήρα: σε συνεχές και σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Οι πιο συνηθισμένες μηχανές συνεχούς ρεύματος είναι κινητήρες με σειριακή, ανεξάρτητη και μικτή διέγερση. Παραδείγματα κινητήρων AC είναι οι σύγχρονες και οι ασύγχρονες μηχανές. Παρά τη φαινομενική ποικιλομορφία, η συσκευή και η αρχή λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα για οποιονδήποτε σκοπό βασίζονται στην αλληλεπίδραση ενός αγωγού με το ρεύμα και ένα μαγνητικό πεδίο ή ενός μόνιμου μαγνήτη (σιδηρομαγνητικό αντικείμενο) με ένα μαγνητικό πεδίο.
Τρέχοντας βρόχος - ένα πρωτότυπο του κινητήρα
Το κύριο σημείο σε ένα θέμα όπως η αρχή λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα μπορεί να ονομαστεί η εμφάνιση της ροπής. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξεταστεί χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός πλαισίου με ρεύμα, το οποίο αποτελείται από δύο αγωγούς και έναν μαγνήτη. Το ρεύμα τροφοδοτείται στους αγωγούς μέσω δακτυλίων επαφής, οι οποίοι είναι στερεωμένοι στον άξονα του περιστρεφόμενου πλαισίου. Σύμφωνα με τον περίφημο κανόνα του αριστερού χεριού, δυνάμεις θα δράσουν στο πλαίσιο, οι οποίες θα δημιουργήσουν μια ροπή γύρω από τον άξονα. Θα περιστρέφεται αριστερόστροφα υπό τη δράση αυτής της συνολικής δύναμης. Είναι γνωστό ότι αυτή η στιγμή περιστροφής είναι ευθέως ανάλογη με τη μαγνητική επαγωγή (Β), την ισχύ του ρεύματος (Ι), την περιοχή πλαισίου (S) και εξαρτάται από τη γωνία μεταξύ των γραμμών πεδίου και του άξονα του τελευταίου. Ωστόσο, υπό τη δράση μιας στιγμής που αλλάζει στην κατεύθυνσή της, το πλαίσιο θα ταλαντωθεί. Τι μπορεί να γίνει για να δημιουργηθεί μια μόνιμηκατευθύνσεις? Υπάρχουν δύο επιλογές εδώ:
- αλλάξτε την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος στο πλαίσιο και τη θέση των αγωγών σε σχέση με τους πόλους του μαγνήτη;
- αλλάξτε την κατεύθυνση του ίδιου του πεδίου, ενώ το πλαίσιο περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση.
Η πρώτη επιλογή χρησιμοποιείται για κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Και το δεύτερο είναι η αρχή του κινητήρα AC.
Αλλαγή της κατεύθυνσης του ρεύματος σε σχέση με τον μαγνήτη
Για να αλλάξετε την κατεύθυνση κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων στον αγωγό του πλαισίου με ρεύμα, χρειάζεστε μια συσκευή που θα όριζε αυτήν την κατεύθυνση ανάλογα με τη θέση των αγωγών. Αυτός ο σχεδιασμός υλοποιείται μέσω της χρήσης συρόμενων επαφών, οι οποίες χρησιμεύουν για την παροχή ρεύματος στον βρόχο. Όταν ένας δακτύλιος αντικαθιστά δύο, όταν το πλαίσιο περιστρέφεται κατά μισή στροφή, η κατεύθυνση του ρεύματος αντιστρέφεται και η ροπή τη διατηρεί. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ένας δακτύλιος συναρμολογείται από δύο μισά, τα οποία είναι απομονωμένα μεταξύ τους.
Σχέδιο μηχανής DC
Το παραπάνω παράδειγμα είναι η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Το πραγματικό μηχάνημα, φυσικά, έχει πιο σύνθετο σχεδιασμό, όπου δεκάδες πλαίσια χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν την περιέλιξη του οπλισμού. Οι αγωγοί αυτής της περιέλιξης τοποθετούνται σε ειδικές αυλακώσεις σε έναν κυλινδρικό σιδηρομαγνητικό πυρήνα. Τα άκρα των περιελίξεων συνδέονται με μονωμένους δακτυλίους που σχηματίζουν έναν συλλέκτη. Η περιέλιξη, ο μεταγωγέας και ο πυρήνας είναι ένας οπλισμός που περιστρέφεται σε ρουλεμάν στο σώμα του ίδιου του κινητήρα. Το μαγνητικό πεδίο διέγερσης δημιουργείται από τους πόλους των μόνιμων μαγνητών, οι οποίοι βρίσκονται στο περίβλημα. Η περιέλιξη συνδέεται στο δίκτυο και μπορεί να ενεργοποιηθεί είτε ανεξάρτητα από το κύκλωμα οπλισμού είτε σε σειρά. Στην πρώτη περίπτωση, ο ηλεκτροκινητήρας θα έχει ανεξάρτητη διέγερση, στη δεύτερη - διαδοχική. Υπάρχει επίσης σχεδιασμός μεικτής διέγερσης, όταν χρησιμοποιούνται δύο τύποι σύνδεσης περιέλιξης ταυτόχρονα.
Σύγχρονη μηχανή
Η αρχή λειτουργίας ενός σύγχρονου κινητήρα είναι η δημιουργία ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Στη συνέχεια, πρέπει να τοποθετήσετε σε αυτό το πεδίο τους αγωγούς που είναι εξορθολογισμένοι με σταθερό ρεύμα προς την κατεύθυνση. Η αρχή λειτουργίας ενός σύγχρονου κινητήρα, που έχει γίνει πολύ διαδεδομένη στη βιομηχανία, βασίζεται στο παραπάνω παράδειγμα με βρόχο με ρεύμα. Το περιστρεφόμενο πεδίο που δημιουργείται από τον μαγνήτη σχηματίζεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα περιελίξεων που συνδέονται με το δίκτυο. Συνήθως χρησιμοποιούνται τριφασικές περιελίξεις, ωστόσο, η αρχή λειτουργίας ενός μονοφασικού κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος δεν θα διαφέρει από έναν τριφασικό, εκτός ίσως από τον αριθμό των ίδιων των φάσεων, ο οποίος δεν είναι σημαντικός όταν εξετάζονται τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού. Οι περιελίξεις τοποθετούνται στις υποδοχές του στάτη με κάποια μετατόπιση γύρω από την περιφέρεια. Αυτό γίνεται για να δημιουργηθεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στο σχηματιζόμενο διάκενο αέρα.
Συγχρονισμός
Ένα πολύ σημαντικό σημείο είναι η σύγχρονη λειτουργία του ηλεκτροκινητήρατην παραπάνω κατασκευή. Όταν το μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά με το ρεύμα στην περιέλιξη του ρότορα, σχηματίζεται η ίδια η διαδικασία περιστροφής του κινητήρα, η οποία θα είναι σύγχρονη σε σχέση με την περιστροφή του μαγνητικού πεδίου που σχηματίζεται στον στάτορα. Ο συγχρονισμός θα διατηρηθεί μέχρι να επιτευχθεί η μέγιστη ροπή, η οποία προκαλείται από την αντίσταση. Εάν το φορτίο αυξηθεί, το μηχάνημα μπορεί να βγει εκτός συγχρονισμού.
Επαγωγικός κινητήρας
Η αρχή λειτουργίας ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα είναι η παρουσία ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου και κλειστών πλαισίων (περιγράμματα) στον ρότορα - το περιστρεφόμενο τμήμα. Το μαγνητικό πεδίο σχηματίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως σε έναν σύγχρονο κινητήρα - με τη βοήθεια περιελίξεων που βρίσκονται στις αυλακώσεις του στάτορα, οι οποίες συνδέονται με ένα δίκτυο εναλλασσόμενης τάσης. Οι περιελίξεις του ρότορα αποτελούνται από δώδεκα πλαίσια κλειστού βρόχου και συνήθως έχουν δύο τύπους εκτέλεσης: φάση και βραχυκύκλωμα. Η αρχή λειτουργίας του κινητήρα AC και στις δύο εκδόσεις είναι η ίδια, αλλάζει μόνο ο σχεδιασμός. Στην περίπτωση ενός ρότορα με κλωβό σκίουρου (γνωστό και ως κλωβός σκίουρου), η περιέλιξη χύνεται με λιωμένο αλουμίνιο στις υποδοχές. Κατά την κατασκευή της περιέλιξης φάσης, τα άκρα κάθε φάσης εξάγονται χρησιμοποιώντας συρόμενους δακτυλίους επαφής, καθώς αυτό θα επιτρέψει να συμπεριληφθούν στο κύκλωμα πρόσθετες αντιστάσεις, οι οποίες είναι απαραίτητες για τον έλεγχο των στροφών του κινητήρα.
Μηχανή έλξης
Η αρχή λειτουργίας του κινητήρα έλξης είναι παρόμοια με αυτή ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Από το δίκτυο τροφοδοσίας, παρέχεται ρεύμα σε έναν μετασχηματιστή ανόδου. Περαιτέρωτριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα μεταδίδεται σε ειδικούς υποσταθμούς έλξης. Υπάρχει ανορθωτής. Μετατρέπει το AC σε DC. Σύμφωνα με το σχέδιο, πραγματοποιείται με μία από τις πολικότητες του στα καλώδια επαφής, το δεύτερο - απευθείας στις ράγες. Πρέπει να θυμόμαστε ότι πολλοί μηχανισμοί έλξης λειτουργούν σε συχνότητα διαφορετική από την καθιερωμένη βιομηχανική (50 Hz). Επομένως, ένας μετατροπέας συχνότητας χρησιμοποιείται για έναν ηλεκτροκινητήρα, η αρχή λειτουργίας του οποίου είναι η μετατροπή συχνοτήτων και ο έλεγχος αυτού του χαρακτηριστικού.
Στον ανυψωμένο παντογράφο, τροφοδοτείται τάση στους θαλάμους όπου βρίσκονται οι ρεοστάτες εκκίνησης και οι επαφές. Με τη βοήθεια ελεγκτών, οι ρεοστάτες συνδέονται με κινητήρες έλξης, οι οποίοι βρίσκονται στους άξονες των φορείων. Από αυτά, το ρεύμα ρέει μέσω των ελαστικών στις ράγες, και στη συνέχεια επιστρέφει στον υποσταθμό έλξης, ολοκληρώνοντας έτσι το ηλεκτρικό κύκλωμα.
