Principes van elektrische motor voor dummies

De basis van de elektromotor, zowel gelijkstroom als wisselstroom, is gebaseerd op Ampère-kracht. Als je niet smoort hoe het afloopt, dan is niets ooit onbegrijpelijk.

Afb.1

PS In feite is er een vectorproduct en verschillen, maar dit zijn details en we hebben een vereenvoudigd, speciaal geval.

De richting van de ampèrekracht wordt bepaald door de regel van de linkerhand.

Fig.2

Plaats mentaal de linkerpalm op de bovenste figuur en krijg de richting van Ampere-krachten. Ze typt het frame met de stroom in die positie, zoals weergegeven in figuur 1. En hier draait niets om, het frame is in balans, stabiel.

En als het frame met de stroom anders wordt geroteerd, dan is dit wat er zal gebeuren:

figuur 3

Er is hier al geen evenwicht, de Ampere-kracht ontvouwt de tegenoverliggende wanden zodat het frame begint te roteren. Mechanische rotatie verschijnt. Dit is de basis van de elektromotor, de essentie, dan alleen de details.

Next.

Wat doet het frame met stroom in Fig. 3 nu? Als het systeem perfect is, zonder wrijving, dan zijn er uiteraard trillingen. Als wrijving aanwezig is, dan dempen de trillingen geleidelijk, het frame met stroom stabiliseert en wordt zoals in Fig. 1.

Maar we hebben constante rotatie nodig en dit kan op twee fundamenteel verschillende manieren worden bereikt, en vanaf hier ontstaat het verschil tussen DC- en elektrische motoren.

Methode 1. Wijzig de richting van de stroom in het frame.

Deze methode wordt gebruikt in DC-motoren en zijn nakomelingen.

We bekijken de foto's. Laat onze motor spanningsloos worden en het frame met de stroom op de een of andere manier willekeurig worden georiënteerd, zoals dit bijvoorbeeld:

Fig. 4.1 Willekeurig gepositioneerd frame

Ampère kracht werkt op een willekeurig geplaatst frame en het begint te draaien.

Figuur 4.2

Tijdens beweging bereikt het frame een hoek van 90 °. Het moment (moment van een paar krachten of rotatiemoment) is maximaal.

Figuur 4.3

En nu bereikt het frame een positie wanneer er geen rotatiemoment is. En als u de stroom nu niet uitschakelt, zal de Ampère-kracht het frame al vertragen en aan het einde van een halve draai stopt het frame en begint het in de tegenovergestelde richting te draaien. Maar we hebben het niet nodig.

Daarom maken we een lastige beweging in Fig. 3 - we veranderen de richting van de stroom in het frame.

Fig.4.4

En na deze positie te zijn gepasseerd, wordt het frame met de veranderde stroomrichting niet meer afgeremd, maar versnelt het opnieuw.

Fig.4.5

En wanneer het frame de volgende evenwichtspositie nadert, veranderen we de stroom opnieuw.

Fig.4.6

En het frame blijft opnieuw versnellen waar we moeten.

En zo blijkt een constante rotatie. Is het mooi? Prachtig. Het is alleen nodig om de richting van de huidige twee keer per revolutie en het hele bedrijf te veranderen.

En hij doet het, d.w.z. biedt een verandering van de huidige speciale eenheid - borstel-verzameleenheid. In principe is het als volgt georganiseerd:

figuur 5

De figuur is duidelijk en zonder uitleg. Het frame wrijft over het ene contact en vervolgens over het andere en dus verandert de huidige.

Een zeer belangrijk kenmerk van de borstelverzameleenheid is de kleine hulpbron. Door wrijving. Hier is bijvoorbeeld de DPR-52-N1-motor - de minimale bedrijfstijd van 1000 uur. Tegelijkertijd is de levensduur van moderne borstelloze motoren meer dan 10.000 uur en AC-motoren (er zijn ook geen SHKU) zijn er meer dan 40.000 uur.

Post Script. Naast de standaard DC-motor (standaard betekent dit met een borstelverzameleenheid), is er ook de ontwikkeling: een borstelloze DC-motor (BDTT) en een klepmotor.

BDTT verschilt in zoverre dat de stroom daar elektronisch verandert (transistors sluiten en openen), en de klep is zelfs steiler, het verandert ook de stroom en regelt het moment. Over het algemeen zijn BDTT's met een complexe klep vergelijkbaar met een elektrische aandrijving, omdat ze allerlei rotorpositiesensoren hebben (bijvoorbeeld Hall-sensoren) en een complexe elektronische controller.

Het verschil tussen de BDTT en de klepmotor in de vorm van tegen-EMF. In de BDT is er een trapezium (een grove verandering), en in een klepmotor - een sinusoïde, een soepeler middel.

In het Engels is BDT BLDC en de klepmotor is PMSM.

Methode 2. De magnetische flux wordt geroteerd, d.w.z. magnetisch veld.

Een roterend magnetisch veld wordt verkregen met behulp van een wisselstroom met drie fasen. Er is een stator.

figuur 6

En er zijn 3 fasen van wisselstroom.

Afb.7

Daartussen, schijnbaar 120 graden, elektrische graden.

Deze drie fasen worden op een speciale manier in de stator geplaatst, zodat ze geometrisch 120 ° naar elkaar worden gedraaid.

Afb.8

En wanneer dan driefasige stroom wordt aangelegd, wordt een roterend magnetisch veld verkregen door magnetische fluxen uit de drie wikkelingen te vouwen.

Afb.9

Vervolgens "drukt" het roterende magnetische veld de Ampère-kracht op ons frame en het roteert.

Maar er zijn ook verschillen, twee verschillende manieren.

Methode 2a Het frame wordt aangedreven (synchrone motor).

We geven middelen aan de framespanning (constant), het frame wordt blootgesteld aan het magnetische veld. Onthoud fig. 1 vanaf het begin? Dit is hoe het kader wordt.

Afb. 10 (afb. 1)

Maar het magnetische veld draait hier en niet alleen maar. Wat doet het frame? Het zal ook roteren, het magnetisch veld volgend.

Ze (het frame en het veld) roteren met dezelfde frequentie of synchroon, dus deze motoren worden synchrone motoren genoemd.

Methode 2b. Het frame wordt niet aangedreven (asynchrone motor).

De truc is dat het frame niet wordt ingevoerd, helemaal niet. Gewoon een draad zo dicht.

Wanneer we het magnetische veld beginnen te roteren, volgens de wetten van elektromagnetisme, wordt een stroom in het frame opgewekt. Ampere kracht wordt verkregen uit dit stroom- en magnetisch veld. Maar de kracht van Ampere zal alleen ontstaan ​​als het frame beweegt ten opzichte van het magnetische veld (een bekend verhaal met Ampere's experimenten en zijn reizen naar de volgende kamer).

Het frame zal dus altijd achterblijven bij het magnetische veld. En dan, als ze hem om een ​​of andere reden plotseling inhaalt, dan zal de punt van het veld verdwijnen, de stroom zal verdwijnen, de Ampere-kracht zal verdwijnen en alles zal helemaal verdwijnen. Dat wil zeggen dat in een inductiemotor het frame altijd achterloopt op het veld en hun frequentie anders betekent, dat wil zeggen dat ze asynchroon roteren, daarom wordt de motor asynchroon genoemd.

Zie ook over dit onderwerp: Hoe zijn eenfase asynchrone motoren gerangschikt en werken ze?, Soorten elektrische generatoren, apparaat en hun werking