ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

   В этой статье мы поговорим об электродвигателях, какие типы существуют, где применяются. Двигатели подразделяются, по типу питания, на двигатели как переменного, так и постоянного тока. Из двигателей, рассчитанных на работу при переменном токе, наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором.

Фото — двигатель с короткзамкнутым ротором

   Фото такого двигателя можно видеть на рисунке выше. Само название ротора, “короткозамкнутый”, появилось из-за того, что ротор такого двигателя, представляет собой подобие беличьего колеса.

Устройство ротора двигателя беличье колесо

   На следующем рисунке изображен такой двигатель в разрезе:

Двигатель с короткозамкнутым ротором в разрезе

   Существуют также двигатели для работы при переменном токе с фазным ротором, но такие двигатели получили меньшее распространение. Один из таких двигателей в разрезе можно видеть на рисунке ниже:

Двигатель с фазным ротором в разрезе

   В двигателях с фазным ротором для подведения питания к ротору пользуются контактными кольцами. Подключаются фазные обмотки через специальный пусковой реостат. Фото реостата небольшой мощности изображено на рисунке:

Фото пускового реостата

   Пусковые токи асинхронных электродвигателей

в 5-7 раз превышают номинальные. Для охлаждения двигателей при работе служит крыльчатка, чем-то напоминающая с виду лопасти вентилятора. Она насаживается на вал двигателя с противоположной стороны (с заднего торца) и вращается вместе с валом двигателя. Создаваемый при вращении вала с крыльчаткой воздушный поток, по специальным горизонтально расположенным пазам, охлаждает двигатель во время работы.

Фото кожух и крыльчатка двигателя

   Крыльчатка, в целях безопасности, обычно закрывается металлическим кожухом, не препятствующим потокам воздуха. Обмотки трехфазного электродвигателя, (как впрочем трансформатора, генератора и любого другого трехфазного устройства имеющего обмотки) нельзя подключать непосредственно к трехфазной сети, напрямую. Обмотки между собой должны быть соединены в звезду либо треугольник.

Схемы подключения электродвигателей

Соединение обмоток звезда и треугольник

   На рисунке 1 соединение обмоток в звезду, на рисунке 2 в треугольник. Наверное, многие, кому доводилось видеть клеммную колодку двигателя, запомнили, что там выходит шесть концов к шести зажимам. У неподготовленного человека сразу возникает вопрос, почему шесть, ведь у нас только 3 фазы и с питания идет 3 провода? Дело в том, что к этим 6-ти зажимам подводятся начала и концы всех трех обмоток.

Клеммная колодка электродвигателя

   К каким выводам на клеммнике подходят начала и концы обмоток, знать в принципе необязательно, если у вас такой клеммник в коробке у двигателя, как на рисунке выше. Достаточно подать питание на выводы обозначенные как L1, L2, L3. Если же кому то будет интересно, то можно снять металлические перемычки и вызвонить тестером схему соединения обмоток. переключив его в режим омметра.

Подключение к 220 вольт треугольник

   Существуют схемы для подключения двигателей рассчитанных на напряжение 380 вольт, треугольник, к сети 220 вольт. В таком случае заместо подключения 2 фазных проводов мы подключаем фазу и нуль. А как быть с третьим проводом? Для этого берется неполярный конденсатор для сдвига фаз, рассчитанный на работу в сети 220 вольт, и соединяется одним выводом, с одним из сетевых проводов, подключенных к контактам двигателя. А вторым выводом конденсатор подключается к оставшемуся неподключенным третьему контакту электродвигателя, что и можно видеть на схеме выше.

Конденсатор неполярный пусковой на 600 вольт

   Если такой конденсатор будет подбираться самостоятельно, по справочнику, необходимо помнить о том, что конденсатор должен быть рассчитан на амплитудное напряжение в сети. Управление двигателями осуществляется с помощью магнитных пускателей.

Магнитный пускатель для электродвигателя

   Существуют схемы как не реверсивного, (с вращением в одну сторону), так и реверсивного (с вращением в обе стороны) пуска двигателей. При питании двигателя от трехфазного тока, для того чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, достаточно поменять местами любые две фазы. В схеме реверсивного пуска это осуществляется с помощью двух магнитных пускателей.

Схема реверсивного пуска двигателей

   Эту схему мы сейчас подробно рассматривать не будем, скажу только вкратце, что управление осуществляется кнопками пуск вперед, пуск назад и стоп, защита схемы выполнена на предохранителях и тепловых реле. На пускателях реализован самоподхват питания и блокировка от одновременного включения пускателей с помощью блок контактов.

Двигатели постоянного тока

Устройство электродвигателя постоянного тока

   Как видно на рисунке, простейший двигатель постоянного тока состоит из постоянных магнитов, сердечника, обмоток, коллектора и прижимающих токоподводящих контактов (графитовых щеток). На фото ниже изображены эти щетки, наверняка знакомые каждому кто работает с электроинструментом. Щетки со временем изнашиваются и их необходимо менять. Если, к примеру, ваш электроинструмент вдруг стал сильно искрить, одной из причин может быть износ щеток.

Щетки для электроинструмента

   Двигатели постоянного тока выпускаются на различную мощность, начиная знакомых всем моторчиков для детских игрушек, до более крупных двигателей, используемых в дремелях радиолюбителями и значительно более крупных используемых в промышленности. У двигателей постоянного тока можно легко регулировать скорость вращения.

Электрический двигатель от детской игрушки

   В промышленности используются и громадные двигатели постоянного тока длиной в несколько метров, один из таких в разрезе изображен на рисунке ниже:

Мощный электродвигатель постоянного тока

   Электродвигатели постоянного тока находят применение и в общественном электрическом транспорте, это и трамваи, троллейбусы и разнообразный железнодорожный электротранспорт, электрички и метро.

   Двигатели постоянного тока различают по типу возбуждения, которое в свою очередь может быть как последовательным, параллельным, так и смешанным. Также двигатели постоянного тока являются обратимыми. Это означает, что они могут работать и как генераторы, и как двигатели.

el-shema.ru

Какие бывают двигатели? Типы электродвигателей. Асинхронные двигатели

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.

Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.
Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

• однофазные
• двухфазные
• трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков,  шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

elektt.blogspot.com

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

• независимыми;
• параллельными;
• последовательными;
• смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

• А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
• В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
• С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
• D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
• Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

• снижение КПД;
• повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

• высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
• динамичность управления;
• низкая стоимость.

Основные недостатки:

• малая мощность;
• потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и U_K должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

• отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

Минусы:

• стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
• недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

• высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
• низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
• поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
• работа без нагрузки приводит к поломке КД.

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

• не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
• малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

www.asutpp.ru

Наглядное пособие. Электродвигатель.

Всех приветствую. Хочу немного отвлечь от Новогодних праздников. Представляю вам игрушку, которая является так же и наглядным пособием по урокам физики, раздел электричество. Содержит магниты, провода и потребляет электричество. Вы правильно догадались, это электродвигатель. Вещь настолько банальная и вхожая в нашу жизнь, что фактически не требует описания. Но тем, кто заинтересовался, прошу под кат.

В качестве пролога:
Когда выпала возможность выбрать что либо из товара, то я раздумывал недолго. Я давно точил зуб на это наглядное пособие, поскольку собирал аналогичное в детстве под руководством своего отца. И решил еще раз хоть на миг окунуться в детство.
Что и говорить, раньше и деревья были большие и трава зеленее, а вот с электрифицированными игрушками было не очень хорошо. Нет, безусловно в магазинах продавались, но гораздо приятнее было сделать своими руками. Поэтому очень популярны были различные технические кружки, где дети собирали вещи не похожие на магазинные, параллельно развивая различные творческие умения и навыки.
В конкретном случае с изготовлением электродвигателя в далеком 1986 году мне помогла

вот такая книга

Книжки давно уж нет, но в интернете встречаются ресурсы, которые ссылаются на статьи из этой книги.
Для наглядности приложил страницу с эскизами по изготовлению двигателя.

Немного теории:
Электродвигатель – это просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую.
В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение.
Принцип работы электродвигателя очень прост:
(нажмите на картинку, откроется анимация)

Вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором. Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.

Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.
Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная — статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит — статором.
В некоторых двигателях для создания магнитного поля вместо постоянного магнита служит электромагнит. Витки проволоки такого электромагнита называются обмоткой возбуждения.

Вернемся к нашему наглядному пособию:

Доставка и упаковка:

Выдали трек, в пути 43 дня. Посылку забрал 31 декабря. Классический полиэтиленовый пакет без пузырей.

Но присутствует вспененный материал типа пенофола.



Открываем:
Внутри модель электромотора (Без батарей) и инструкция

Инструкция:

Применение: Для изучения механики, электричества и магнетизма.

Название товара: Модель электромотора
Вес: прибл. 200г
Размер: полные 130х95х50мм

Основные моменты:
Для запуска двигателя надо повернуть якорь на 90 градусов и подключить источник тока напряжением 1.5-6 Вольт.
Пояснения к эскизу:
1 рама электродвигателя из пластмассы
2 якорь, который содержит в себе магнитопровод и обмотку
3 регулировочный винт (2 штуки) для фиксации вала
4 магнит из феррита (2 штуки) с обозначенными полюсами S и N
5 Металлическая рамка для установки магнита
6 Коллекторный узел
7 Щетки из латуни
8 Винтовые клеммы для подсоединения проводов
Набор для самостоятельной сборки содержит:
Фактически собранный корпус (размеры 90х95х50мм)

Щетки необходимо будет подогнуть у основания что бы они слегка прижимались к коллектору

Магниты ферритовые

Якорь в сборе
2х полюсный с одной обмоткой, разделенной на две части

Концы обмотки припаяны к ламелям якоря.

В торцах есть центровые отверстия для фиксации в корпусе

Два провода длиной 20 см и разные цветом. Красный для подключения плюса, синий для минуса

На концах провода обжаты клеммы для облегчения монтажа

Почему красный и синий?
«Тёплые» цвета спектра (от красного до жёлтого) принято относить к положительным (+) потенциалам, холодные (от зелёного до фиолетового) — к отрицательным.

Гаечный ключ

Он пригодится для затягивания гаек при установке вала

Сборка проста:
Устанавливаем магниты как на картинке. Входят с натягом. При желании можно зафиксировать клеем

Устанавливаем якорь в сборе:
Для этого можно выкрутить регулировочный винт или поступить проще — слегка выгнуть рамку корпуса и вставить вал
Отрегулировать фиксацию вала регулировочными винтами и законтрить гайками. Вал должен свободно вращаться и не должен болтаться

Подсоединить провода и подать питание:
Якорь повернулся примерно на 45 градусов и встал. В инструкции указано что якорь надо повернуть на 90 градусов при запуске. Но это сделать затруднительно, поскольку железо якоря притягивает к магнитам.
Поэтому делаем так: Подсоединяем батарею и дергаем якорь рукой, помогая сделать ему пол оборота.
Ура, работает!

Потребляемый ток при напряжении 3.8В (один аккумулятор 18650) 1.6-1.7 А.
Обороты: нестабильные, около 2500.
После обкатки детали приработаются, снизится ток и слегка увеличатся обороты.

Выводы:
Полезное наглядное пособие. работает. Поможет школьнику 6го класса при изучении физики, раздел электричество. Лабораторные работы.
К сожалению конструкция не позволяет применить электромотор на практике.
Можно было бы порекомендовать сделать вал длиннее, как в обычных моторах, что бы можно с него было снимать мощность будь то винтом воздушным или например через ременную передачу.
Есть небольшая вибрация при работе — сказывается балансировка якоря. Но по столу не бегает, можно внимание не обращать.
Небольшой недостаток: «стартовать» двигатель приходится вручную, поскольку всего два полюса и одна обмотка. Если бы количество обмоток было три и более, то старт происходил бы автоматически. С другой стороны усложняется конструкция якоря, хоть и не сильно. Соответственно удорожание товара. Что в приоритете — решает производитель.

Для увеличения ресурса можно было бы проточить коллектор и смазать опорные винты смазкой. Для уменьшения оборотов можно добавить витков в обмотку. При этом уменьшится потребляемый ток.

upd Позже электромотор будет отдан в в центр детского творчества. Ну а я переключусь на что нибудь другое.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

mysku.ru

Электродвигатель. Статьи про электродвигатели с фото и видео

Одной из самых интересных самоделок, которую вы можете реализовать с детьми дома, является простейший электродвигатель. Его можно собрать для демонстрации базовых принципов электротехники, как дома, так и в школе. В данной статье мы рассмотрим наиболее простые и наглядные примеры, как сделать простой электродвигатель в домашних условиях и разберем нюансы их работы.

Асинхронные электромашины с короткозамкнутым ротором (беличья клетка) широко применяются для преобразования как для преобразования механической энергии в электрическую, так и наоборот. То есть, данные электромеханизмы могут выступать в роли двигателя и генератора. Прочитав данную статью, вы узнаете принцип работы асинхронных машин, ознакомитесь с их типовой конструкцией и основными характеристиками. Отдельно будет рассказано о вариантах подключения обмоток статора и приведены схемы запуска.

Предлагаем рассмотреть электрические механизмы, в которых цикл полного оборота вала разделен на несколько шагов. Из-за этой особенности данный вид приводов стали называть шаговыми двигателями. Что представляют собой эти электромеханизмы, и принцип их действия описан в статье. Там же приводятся примеры схем электронных контролеров, вправляющих работой шаговых двигателей.

Несмотря на то, что описание принципа работы двигателя постоянного тока проходят в школьной программе, со временем эта информация может забыться. Тем, кто желает освежить свои знания, рекомендуем прочитать данную статью, а также другие публикации на нашем сайте. Мы стараемся подавать информацию таким образом, чтобы с ее восприятием не возникало проблем. Там, где требуется визуализация, всегда приводятся пояснительные иллюстрации.

Вышедший из строя электродвигатель в большинстве случаев можно восстановить. Для этого необходимо отключить его и отвезти в ремонтную мастерскую, после чего ждать результата несколько дней. Самостоятельный ремонт существенно упростил бы задачу, но многих смущают связанные с этим трудности. В помощь домашним мастерам мы публикуем подробную инструкцию по самостоятельной перемотке электродвигателей, с пошаговым описанием всего процесса.

Коллекторные электрические машины не так широко распространены, как их асинхронные аналоги. В связи с этим не редко возникают вопросы по их подключению, особенно когда речь идет о коллекторных двигателях переменного тока. Ответы на эти вопросы можно найти в нашей публикации, полностью посвященной коллекторным электромашинам.

Для решения некоторых задач в сфере высокоточных технологий требуется высокооборотистые электроприводы с точным позиционированием. Обычные электрические машины для этих целей не подходят. С такими задачами могут справиться только бесколлекторные электродвигатели с цифровым управлением. С конструкцией, принципом действия и схемами управления бесколлекторных приводов мы ознакомим вас в нашей статье.

Раздел, посвященный электродвигателям, будет неполным, если не упомянуть в нем вентильные приводы. Предлагаем ознакомиться с конструктивными особенностями вентильных электромеханизмов, их принципом работы и основными техническими характеристиками. В материалах вы также найдете описание всех достоинств и недостатков ВРД.

Пусковые характеристики электродвигателей постоянного тока существенно отличаются от аналогичных параметров машин, работающих от переменного напряжения. Это отличие заключается в высоких пусковых токах, способных повредить обмотку привода. Чем вызвана эта проблема, и какие существуют способы ее решения, мы расскажем в данной публикации.

Сегодня мы хотим детально рассказать вам о еще одном виде электрических машин – синхронных двигателях. Несмотря на то, что материал подается из расчета на начинающих электриков, более опытным читателям будет полезно обновить свои знания по электротехнике.

Описание принципа действия асинхронных электрических машин можно смело отнести к фундаментальным основам электротехники. С учетом того, что данный тип приводов наиболее широко применяется, ознакомиться с его принципом работы, особенностями конструкции и техническими характеристиками будет полезно домашним умельцам.

Обмотку трехфазного электродвигателя можно подключить как звездой, так и треугольником. Как меняются характеристики привода в зависимости от выбора типа подключения, мы сегодня рассмотрим подробно. В отдельном разделе статьи рассказывается, как включить трехфазный двигатель в однофазную сеть питания и приводятся схемы для организации реверсного переключения.

Двигатели постоянного тока применяются как в бытовой технике, так и промышленном производстве. Тем, кому интересно его устройство рекомендуем прочитать эту статью, где собрано много материалов по данному виду электроприводов. Отдельное внимание уделяется устройству коллектора и щеточному механизму, а также приводятся рекомендации по их обслуживанию.

Сервоприводы можно смело выделить в отдельный вид электрических приводов. Они применяются в робототехнике, медицинском оборудовании, машиностроение и других сферах производства, где востребовано высокоточное позиционирование. К сожалению, в рамках нашей статьи мы не сможем детально рассказать обо всех особенностях этого электромеханизма, поэтому кратко опишем его принцип работы и приведем пример типовой конструкции.

Предлагаем несколько отвлечься от технической темы и сделать небольшой экскурс в историю создания электродвигателей. В статье будет приведена принятая классификация электрических машин и описано кем и когда был разработан тот или иной тип электрического привода.

Управлять скоростью вращения двигателя постоянного тока довольно просто, достаточно увеличить или уменьшить напряжение. С приводами переменного тока такой прием не работает, поскольку их скорость вращения зависит от рабочей частоты сети питания. Как решить эту проблему вы узнаете из нашей статьи, там же приведены принципиальные схемы ШИМ-контролеров, при помощи которых можно плавно управлять числом оборотов.

В быту не редко возникает ситуация, когда требуется запустить трехфазный двигатель от однофазной сети питания, например, при подключении привода самодельного точильного станка. Наши специалисты подскажут, как правильно в этом случае соединить обмотки статора, приведут пример типовой схемы включения и расчета стартового (пускового) конденсатора.

Тем, кто сомневается в законе сохранения энергии и любит конструировать, будет интересна статья о магнитных двигателях. Приверженцы этой идеи уверены, что не сегодня-завтра, максимум на следующей неделе, будет создан действующий прототип, главное — правильно подобрать магниты, правда, как это сделать, никто не знает…

В данной статье подробно описываются крановые двигатели с короткозамкнутым и фазным роторами. Собранная в публикации информация позволяет получить представление о том, как работают такие устройства, ознакомиться с их строением. Вы также сможете получить общие сведенья о технических характеристиках этих электромеханизмов, а также прочитать обо всех достоинствах и недостатках.

Набирающие популярность электромобили не могут функционировать без тяговых аккумуляторов. Чем отличаются эти «батарейки» от обычных аккумуляторов, вы можете узнать, ознакомившись с нашей статьей. Мы постарались подать информацию таким образом, чтобы она была интересна большинству читателей.

Статья-обзор электродвигателей АИР. Приводится описание конструкции этих асинхронных машин, их техническими характеристиками, включая обмоточные данные. Данная информация может быть полезна, как начинающему домашнему мастеру, таки профессиональному электрику.

Как известно у асинхронных электродвигателей фиксированное число оборотов. Оно полностью зависит от рабочей частоты сети переменного тока, от которой запитан привод. Соответственно, чтобы плавно регулировать число оборотов двигателя, необходим преобразователь частоты. С кратким обзором таких контроллеров можно ознакомиться в статье.

www.asutpp.ru

Набор для превращения любого автомобиля в гибридный / Habr

Студенты из Middle Tennessee State University под руководством доктора Чарльза Перри с 2008 года работают над комплектом, который позволит превратить практически любой автомобиль в гибридный.

Проблем с современными электрическими или гибридными автомобилями немало. Конструкция привода требует переработки, это требует затрат, которые сказываются на конечной стоимости авто.
Плюс к тому никто не предлагает переделать ваш автомобиль в гибридный — если уж вы решили его опробовать, придётся продавать старую лошадку и покупать новую.
Такими темпами совершенно непонятно, когда хотя бы половина автомобилей будет ездить при помощи электричества — очень уж вяло новинка проникает в жизнь.

А Чарльз Перри со товарищи предлагают совершенно другой вариант.

Из обычных комплектующих, без всяких дорогих инноваций, они собирают комплект, который можно установить почти на любой автомобиль.

В багажник ставятся аккумуляторы и контроллер этого устройства с охлаждением.
Инновация состоит только в размещении тяги. Сами трёхфазные безщёточные электромоторы постоянного тока размещаются в задних колёсах на свободном месте, которое там уже есть — вокруг тормозов.
Электромагниты статоров размещены по кругу, а вращающийся диск, к которому крепится колесо, оснащён постоянными магнитами. Электромагниты управляются контроллером, и когда система включается, колесо превращается в электромотор.

Таким образом, никакие агрегаты автомобиля не модифицируются и не затрагиваются — тормоза, подвеска, подшипники остаются без изменений.

Система создаётся как вспомогательная для мотора внутреннего сгорания, и рассчитана на движение по городу — скорости до 40-45 mph (до 60-70 км/ч). Контроллер работает совершенно прозрачно — если водитель не знает об этой установке, он её может и не почувствовать. Как только при разгоне водитель давит на газ, система автоматически включается и помогает разгоняться и ехать.

При достижении большой скорости система также автоматически отключается.
Др. Перри утверждает, что по их тестам выходит 50% экономия топлива, то есть при движении в городских условиях на том же количестве бензина можно проехать в два раза большее расстояние.

На видео аккумуляторы с контроллером выглядят довольно объёмно, но др. Перри утверждает, что это установка для тестов, поэтому она немного больше той, на которую они рассчитывают выйти в результате.

Возможно, скоро наступит время, когда любой желающий сможет купить для себя такой набор и сделать апгрейд своей ласточке — так же, как сейчас можно купить электрический набор для велосипеда.

habr.com

Электрический двигатель — принцип работы электромотора классификация и технические характеристики

Электрические двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Первые их прототипы были созданы в 19 веке, а сегодня эти устройства максимально интегрированы в жизнь современного человечества. Примеры их использования можно встретить в любой сфере жизнедеятельности: от общественного транспорта до домашней кофемолки.

Содержание:

Электрический двигатель: вид в разрезе

Принцип преобразования энергии

Принцип работы электродвигателя любого типа заключается в использовании электромагнитной индукции, возникающей внутри устройства после подключения в сеть. Для того чтобы понять, как эта индукция создается и приводит элементы двигателя в движение, следует обратиться к школьному курсу физики, объясняющему поведение проводников в электромагнитном поле.

Итак, если мы погрузим проводник в виде обмотки, по которому движутся электрические заряды, в магнитное поле, он начнет вращаться вокруг своей оси. Это связано с тем, что заряды находятся под влиянием механической силы, изменяющей их положение на перпендикулярной магнитным силовым линиям плоскости. Можно сказать, что эта же сила действует на весь проводник.

Схема, представленная ниже, показывает токопроводящую рамку, находящуюся под напряжением, и два магнитных полюса, придающие ей вращательное движение.

Картинка кликабельна.

Именно эта закономерность взаимодействия магнитного поля и токопроводящего контура с созданием электродвижущей силы лежит в основе функционирования электродвигателей всех типов. Для создания аналогичных условий в конструкцию устройства включают:

• Ротор (обмотка) – подвижная часть машины, закрепленная на сердечнике и подшипниках вращения. Она исполняет роль токопроводящего вращательного контура.
• Статор – неподвижный элемент, создающий магнитное поле, воздействующее на электрические заряды ротора.
• Корпус статора. Оснащен посадочными гнездами с обоймами для подшипников ротора. Ротор размещается внутри статора.

Для представления конструкции электродвигателя можно создать принципиальную схему на основе предыдущей иллюстрации:

После включения данного устройства в сеть, по обмоткам ротора начинает идти ток, который под воздействием магнитного поля, возникающего на статоре, придает ротору вращение, передаваемое на крутящийся вал. Скорость вращения, мощность и другие рабочие показатели зависят от конструкции конкретного двигателя и параметров электрической сети.

Классификация электрических двигателей

Все электродвигатели между собой классифицируют в первую очередь по типу тока, протекающему через них. В свою очередь, каждая из этих групп тоже делить на несколько видов, в зависимости от технологических особенностей.
Двигатели постоянного тока

На маломощных двигателях постоянного тока магнитное поле создается постоянным магнитом, устанавливаемым в корпусе устройства, а обмотка якоря закрепляется на вращающемся валу. Принципиальная схема ДПТ выглядит следующим образом:

Обмотка, расположенная на сердечнике, изготавливается из ферромагнитных материалов и состоит из двух частей, последовательно соединенных между собой. Своими концами они подсоединяются к коллекторным пластинам, к которым прижимаются графитовые щетки. На одну из них подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а на другую – отрицательный.

После подачи питания на двигатель происходит следующее:

1. Ток от нижней «плюсовой» щетки подается на ту коллекторную пластину, к контактной платформе которой она подключена.
2. Прохождение тока по обмотке на коллекторную пластину (обозначено пунктирной красной стрелкой), подключенную к верхней «отрицательной» щетке создает электромагнитное поле.
3. Согласно правилу буравчика, в правой верхней части якоря возникает магнитное поле южного, а в левой нижней — северного магнитного полюса.
4. Магнитные поля с одинаковым потенциалом отталкиваются друг от друга и приводят ротор во вращательное движение, обозначенное на схеме красной стрелкой.
5. Устройство коллекторных пластин приводит к смене направления протекания тока по обмотке во время инерционного вращения, и рабочий цикл повторяется вновь.

Самый простой электрический двигатель

При очевидной простоте конструкции существенным недостатком таких двигателей является низкий КПД, обусловленный большими потерями энергии. Сегодня ДПТ с постоянными магнитами используются в простых бытовых приборах и детских игрушках.

Устройство двигателей постоянного тока большой мощности, используемых в производственных целях, не предусматривает использование постоянных магнитов (они занимали бы слишком много места). В этих машинах используется следующая конструкция:

• обмотка состоит из большего количества секций, представляющих собой металлический стержень;
• каждая обмотка отдельно подключается к положительному и отрицательному полюсу;
• количество контактных площадок на коллекторном устройстве соответствует количеству обмоток.

Таким образом, снижение потерь электроэнергии обеспечивается плавным подключением каждой обмотки к щеткам и источнику питания. На следующей картинке представлена конструкция якоря такого двигателя:

Устройство электрических двигателей постоянного тока позволяет легко обратить направление вращения ротора с помощью простой смены полярности на источнике питания.

Функциональные особенности электродвигателей определяются наличием некоторых «хитростей», к которым относится сдвиг токосъемных щеток и несколько схем подключения.

Сдвиг узла токосъемных щеток относительно вращения вала происходит после запуска двигателя и изменения подаваемой нагрузки. Это позволяет компенсировать «реакцию якоря» — эффект, снижающий эффективность машины за счет торможения вала.

Есть три способа подключения ДПТ:

1. Схема с параллельным возбуждением предусматривает параллельное подключение независимой обмотки, как правило, регулируемой реостатом. Так обеспечивается максимальная стабильность скорости вращения и её плавная регулировка. Именно благодаря этому двигатели с параллельным возбуждением находят широкое применение в грузоподъемном оборудовании, на электрическом транспорте и станках.
2. Схема с последовательным возбуждением тоже предусматривает использование дополнительной обмотки, но подключается она последовательно с основной. Это позволяет при необходимости резко увеличить крутящий момент двигателя, к примеру, на старте движения железнодорожного состава.
3. Смешанная схема использует преимущества обоих способов подключения, описанных выше.

Биполярный электрический двигатель

Двигатели переменного тока

Главным отличием этих двигателей от описанных ранее моделей заключается в токе, протекающем по их обмотке. Он описывает по синусоидальному закону и постоянно меняет свое направление. Соответственно и питание этих двигателей осуществляется от генераторов со знакопеременной величиной.

Одним из главных конструктивных отличий является устройство статора, представляющего собой магнитопровод со специальными пазами для расположения витков обмотки.

Двигатели переменного тока классифицируют по принципу работы на синхронные и асинхронные. Коротко говоря, это означает, что в первых частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля в статоре, а во вторых – нет.

Настоятельно рекомендуем прочитать нашу статью об устройстве электродвигателей переменного тока.

Синхронные двигатели

В основе работы синхронных электродвигателей переменного тока тоже лежит принцип взаимодействия полей, возникающих внутри устройства, однако в их конструкции постоянные магниты закрепляются на роторе, а по статору проводится обмотка. Принцип их действия демонстрирует следующая схема:

Проводники обмотки, по которой проходит ток, показанные на рисунке в виде рамки. Вращение ротора происходит следующим образом:

1. На определенный момент времени ротор с закрепленным на нем постоянным магнитом находится в свободном вращении.
2. На обмотке в момент прохождения через нее положительной полуволны формируется магнитное поле с диаметрально противоположными полюсами Sст и Nст. Оно показано на левой части приведенной схемы.
3. Одноименные полюса постоянного магнита и магнитного поля статора отталкиваются друг от друга и приводят двигатель в положение, показанное на правой части схемы.

В реальных условиях для создания постоянного плавного вращения двигателя используется не одна катушка обмотки, а несколько. Они поочередно пропускают через себя ток, благодаря чему создается вращающееся магнитное поле.

Асинхронные двигатели

А асинхронном двигателе переменного тока вращающееся магнитное поле создается тремя (для сети 380 В) обмотками статора. Их подключение к источнику питания осуществляется через клеммную коробку, а охлаждение — вмонтированным в двигатель вентилятором.

Ротор, собранный из нескольких замкнутых между собой металлических стержней, жестко соединен с валом, составляя с ним одно целое. Именно из-за соединения стержней межу собой этот тип ротора называется короткозамкнутым. Благодаря отсутствию токопроводящих щеток в данной конструкции значительно упрощается техническое обслуживание двигателя, увеличивается срок службы и надежность. Главной причиной выхода из строя двигателей этого типа является износ подшипников вала.

Принцип работы асинхронного двигателя основывается на законе электромагнитной индукции – если частота вращения электромагнитного поля обмоток статора превышает частоту вращения ротора, в нем наводится электродвижущая сила. Это важно, поскольку при одинаковой частоте ЭДС не возникает и, соответственно, не возникает вращения. В действительности нагрузка на вал и сопротивление от трения подшипников всегда замедляет ротор и создает достаточные для работы условия.

Главным недостатком двигателей данного типа является невозможность получения постоянной частоты вращения вала. Дело в том, что рабочие характеристики устройства изменяются в зависимости от различных факторов. К примеру, без нагрузки на вал циркулярная пила вращается с максимальной скоростью. Когда мы подводим к пильному полотну доску и начинаем её резать, частота вращения диска заметно снижается. Соответственно, снижается и скорость вращения ротора относительно электромагнитного поля, что приводит к наведению еще большей ЭДС. Это увеличивает потребляемый ток и рабочая мощность мотора увеличивается до максимальной.

Принцип работы электрического мотора

Важно подбирать двигатель подходящей мощности – слишком низкая приведет к повреждению короткозамкнутого ротора из-за превышения расчетного максимума ЭДС, а слишком высокая приводит к необоснованным энергозатратам.

Асинхронные двигатели переменного тока рассчитаны на работу от трехфазной электрической сети, однако могут быть подключены и в однофазную сеть. Так, например, они используются в стиральных машинах и станках для домашних мастерских. Однофазный двигатель имеет примерно на 30% более низкую мощность, по сравнению с трехфазным – от 5 до 10 кВт.

Ввиду простоты исполнения и надежности асинхронные двигатели переменного тока наиболее распространены не только в производственном оборудовании, но и в бытовой технике.

Универсальные коллекторные двигатели

Во многих бытовых электроприборах необходимо наличие высокой скорости вращения двигателя и крутящего момента при малых пусковых токах и плавной регулировке. Всем этим требования удовлетворяют коллекторные двигатели, называемые универсальными. По своему устройству они очень похожи на двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Главным отличием от ДПТ является магнитная система, комплектуемая несколькими изолированными друг от друга листами электротехнической стали, к полюсам которых подсоединены по две секции обмотки. Такая конструкция снижает нагрев элементов токами Фуко и перемагничивание.

Высокая синхронность магнитных полей в универсальных коллекторных двигателях сохраняет высокую скорость вращения даже под большой нагрузкой на вал. Поэтому их используют в маломощном быстроходном оборудовании и домашней технике. При подключении в цепь регулируемого трансформатора появляется возможность плавной настройки частоты вращения.

Главный недостаток таких электромоторов заключается в низком моторесурсе, обусловленном быстрым стиранием графитовых щеток.

Это может быть интересно:

tokidet.ru