Електричний двигун

 

 

Реферат на тему:

Електричний двигун

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                           

                                                                                                         Козлов Кирил

                                                                                               9-б клас

 

План:

 

 

Введення

• 1 Історія
• 2 Принцип дії
• 3 Класифікація електродвигунів
• 3.1 Двигуни постійного струму
• 3.2 Двигуни змінного струму
• 3.3 Універсальний колекторний електродвигун
• 4 Висновок
• 5 Література

 

 

 

Введення 

Електричний двигун - це електрична машина ( електромеханічний перетворювач), в якій електрична енергія перетворюється в механічну, побічним ефектом є виділення тепла.

 1. Історія

Принцип перетворення електричної  енергії в механічну енергію  електромагнітним полем був продемонстрований  британським вченим Майклом Фарадеєм в 1821 і складався з вільно висить дроти, занурюєшся в пул ртуті. Постійний магніт був встановлений в середині пулу ртуті. Коли через дріт пропускався струм, провід обертався навколо магніту, показуючи, що струм викликав циклічне магнітне поле навколо дроту. Цей двигун часто демонструється в шкільних класах фізики, замість токсичної ртуті використовують розсіл. Це - найпростіший вид з класу електричних двигунів. Подальшим удосконаленням є Колесо Барлоу. Воно було демонстраційним пристроєм, непридатним в практичних застосуваннях через обмежену потужності. Винахідники прагнули створити електродвигун для виробничих потреб. Вони намагалися змусити залізний сердечник рухатися в поле електромагніту зворотно-поступально, тобто так, як рухається поршень в циліндрі парової машини. Російський учений Б.С. Якобі пішов іншим шляхом. У 1834 р. він створив перший в світі практично придатний електродвигун з обертовим якорем і опублікував теоретичну роботу "Про застосування електромагнетизму для приведення в рух машини". Б.С.Якобі писав, що його двигун нескладний і "дає безпосередньо круговий рух, якого набагато легше перетворити в інші види руху, ніж зворотно-поступальний".

Обертальний рух якоря  в двигуні Якобі відбувалося  внаслідок поперемінного тяжіння  і відштовхування електромагнітів. Нерухома група U-подібних електромагнітів  харчувалася струмом безпосередньо  від гальванічної батареї, причому  напрям струму в цих електромагнітах  залишалося незмінним. Рухома група  електромагнітів була підключена до батареї через комутатор, за допомогою  якого напрям струму в кожному  електромагніті змінювалося раз  за один оборот диска. Полярність електромагнітів  при цьому відповідно змінювалася, а кожен з рухомих електромагнітів  поперемінного притягався і відштовхувався відповідним нерухомим електромагнітом: вал двигуна починав обертатися. Потужність такого двигуна становила  всього 15 Вт. Згодом Якобі довів потужність електродвигуна до 550 Вт Цей двигун був встановлений спочатку на човні, а пізніше на залізничній платформі.

13 вересня 1838 човен з  12 пасажирами попливла по Неві  проти течії зі швидкістю близько  3 км / ч. Човен була забезпечена  колесами з лопатями. Колеса наводилися  в обертання електричним двигуном, який отримував струм від батареї  з 320 гальванічних елементів. Так  вперше електричний двигун з'явився  на судні. 

 

2. Принцип дії

В основу роботи будь-якої електричної  машини покладено принцип електромагнітної індукції. Електрична машина складається  з нерухомої частини - статора (для  ассінхронний і синхронних машин  змінного струму) або індуктора (для  машин постійного струму) і рухомої частини - ротора (для ассінхронний і синхронних машин змінного струму) або якоря (для машин постійного струму). У ролі індуктора, на малопотужних двигунах постійного струму, дуже часто використовуються постійні магніти.

Ротор може бути:

- Короткозамкненим 

- Фазним (з обмоткою). Двигуни  з фазним ротором використовуються  там, де необхідно зменшити  пусковий струм і регулювати  частоту обертання ассінхронний  електродвигуна. Зараз ці двигуни  рідкість, тому що на ринку  з'явилися перетворювачі частоти.  Раніше ж вони дуже часто  використовувалися в кранових  установках.

Якір - це рухома частина  машин постійного струму (двигуна  або генератора), або ж працює за цим же принципом, так званого  універсального двигуна (який використовується в електроінструменті). По суті універсальний  двигун, це той самий двигун постійного струму (ДПТ) з послідовним збудженням (обмотки якоря і індуктора  включені послідовно). Відмінність  тільки в розрахунках обмоток. На постійному струмі відсутній реактивне (індуктивний або ємнісне) опір. Тому будь-яка болгарка, якщо викинути електронний  блок, буде цілком працездатна і  на постійному струмі, але при меншій напрузі мережі.

принцип дії 3х фазного  асинхронного електродвигуна. - При  включенні в мережу в статорі  виникає круг, що обертається, магнітне поле, яке пронизує короткозамкненим обмотку ротора, і наводить у ній  струм індукції, звідси, дотримуючись закону ампера (На провідник із струмом  поміщений в магнітне поле діє  ерс), ротор приходить в обертання . Частота обертання ротора залежить від частоти напруги живлення і від числа пар магнітних  полюсів. Різниця між частотою обертання  магнітного поля статора і частотою обертання ротора характеризується скольженіем.Двігатель називається  ассінхронний, т.к. частота обертання  магнітного поля статора не співпадає  з частотою обертання ротора. Синхронний двигун має відмінність у конструкції  ротора. Ротор виконується або  постійним магнітом, або електромагнітом. або має в собі частину бельічей клітини (для запуску) і постійні або електромагніти. У синхронному  двигуні частота обертання магнітного поля статора і частота обертання  ротора співпадають. Для запуску  використовують допоміжні ассінхронний електродвигуни, або ротор з к.з  обмоткою.

3. Класифікація електродвигунів

За принципом виникнення обертаючого моменту електродвигуни можна розділити на гістерезисні і магнітоелектричні. У двигунів першої групи обертає момент створюється внаслідок гістерезису при перемагничивании ротора. Дані двигуни не є традиційними і не широко поширені в промисловості.

Найбільш поширені магнітоелектричні  двигуни, які за типом споживаної енергії підрозділяється на дві  великі групи - на двигуни постійного струму і двигуни змінного струму (також існують універсальні двигуни, які можуть харчуватися обома видами струму).

3.1. Двигуни постійного струму

Двигун постійного струму в розрізі. Праворуч розташований колектор з щітками 

Двигун постійного струму - електричний двигун, живлення якого здійснюється постійним струмом. Дана група двигунів в свою чергу по наявності щітково-колекторного вузла підрозділяється на:

1. колекторні двигуни;
2. безколекторні двигуни.

Щітково-колекторний вузол  забезпечує електричне з'єднання ланцюгів обертається і нерухомої частини  машини і є найбільш ненадійним і  складним в обслуговуванні конструктивним елементом .

За типом збудження  колекторні двигуни можна розділити  на:

1. двигуни з незалежним збудженням від електромагнітів і постійних магнітів;
2. двигуни з самозбудженням.

Двигуни з самозбудженням поділяються на:

1. Двигуни з паралельним збудженням; (обмотка якоря включається паралельно обмотці збудження)
2. Двигуни послідовного збудження; (обмотка якоря включається послідовно обмотці збудження)
3. Двигуни змішаного збудження. (Обмотка збудження включається частково послідовно частково паралельно обмотці якоря)

Безколекторні двигуни (вентильні двигуни) - електродвигуни, виконані у вигляді замкнутої системи з використанням датчика положення ротора, системи управління (перетворювача координат) і силового напівпровідникового перетворювача ( інвертора). Принцип роботи даних двигунів аналогічний принципу роботи синхронних двигунів.

 

3.2. Двигуни змінного струму

Трифазні асинхронні двигуни 

Двигун змінного струму - електричний двигун, живлення якого здійснюється змінним струмом. За принципом роботи ці двигуни поділяються на синхронні і асинхронні двигуни. Принципова різниця полягає в тому, що в синхронних машинах перша гармоніка магнитодвижущей сили статора рухається зі швидкістю обертання ротора, а у асинхронних - завжди повинна бути різниця швидкостей.

Синхронний електродвигун - електродвигун змінного струму, ротор якого обертається синхронно з магнітним полем живлячої напруги. Дані двигуни зазвичай використовуються при великих потужностях (від сотень кіловат і вище).

Існують синхронні двигуни  з дискретним кутовим переміщенням ротора - крокові двигуни. У них задане положення ротора фіксується подачею живлення на відповідні обмотки. Перехід в інше положення здійснюється шляхом зняття напруги живлення з одних обмоток і передачі його на інші. Ще один вид синхронних двигунів - вентильний реактивний електродвигун, харчування обмоток якого формується за допомогою напівпровідникових елементів.

Асинхронний електродвигун - електродвигун змінного струму, в якому частота обертання ротора відрізняється від частоти обертаючого магнітного поля, створюваного годує напругою. Ці двигуни найбільш поширені в даний час.

За кількістю фаз двигуни  змінного струму поділяються на:

• однофазні - запускаються вручну, або мають пускову обмотку, або мають фазоссуваючу ланцюг;
• двофазні - в тому числі конденсаторні;
• трифазні;
• багатофазні;

3.3. Універсальний колекторний електродвигун

Універсальний колекторний  електродвигун - колекторний електродвигун, який може працювати і на постійному струмі і на змінному струмі. Виготовляється тільки з послідовною обмоткою збудження  на потужності до 200 Вт. Статор виконується  шихтованних зі спеціальної електротехнічної сталі. Обмотка збудження включається  частково при змінному струмі і повністю при постійному. Для змінного струму номінальні напруги 127,220., Для постійного 110.220. Застосовується в побутових апаратах, електроінструментах. Двигуни змінного струму з живленням від промислової мережі 50 гц не дозволяють отримати частоту обертання вище 3000 об / хв. Тому для отримання високих частот застосовують колекторний електродвигун, який до того ж виходить легше і менше двигуна змінного струму тієї ж потужності або застосовують спеціальні передавальні механізми, що змінюють кінематичні параметри механізму до необхідних нам (мультиплікатори). При застосуванні перетворювачів частоти або наявності мережі підвищеної частоти (100, 200, 400 Гц) двигуни змінного струму виявляються легше і менше колекторних двигунів (колекторний вузол іноді займає половину простору). Ресурс асинхронних двигунів змінного струму набагато вище, ніж у колекторних, і визначається станом підшипників та ізоляції обмоток.

Синхронний двигун з датчиком положення ротора і інвертором є  електронним аналогом колекторного двигуна постійного струму.

4. Висновок:

Електричний двигун - це установка, в якій електрична енергія перетворюється в механічну роботу і тепло. Складається з двох частин: 
 
нерухомої - статора; 
рухомий (обертається) - ротора.

5. Література

Бєлов М.П., ​​Новіков  В.А., Розсудів Л. Н. Автоматизований електропривод типових виробничих механізмів і технологічних комплексів. - 3-е изд., Испр .. - М .: Видавничий центр "Академія", 2007.                                                                                                                                                                   Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004.