на каком физическом явлении основано действие электродвигателя
На каком физическом явлении основано действие электрического двигателя
Помогите! Уже 12 ночи! А завтра полугодовой зачет! На каком явлении основано устройство электроскопа?
Ваш комментарий к вопросу:
| Отображаемое имя (по желанию): |
| Напишите мне, если после меня будет добавлен комментарий: Напишите мне, если после меня добавят комментарий |
| Закон чистоты гамет Гаметы генетически чисты, так как в них находится только один ген из каждой аллельной пары. |
Цитологической основой закона чистоты гамет служит расхождение гомологичных хромосом при образовании половых клеток в ходе мейоза.
Принцип действия двигателя постоянного тока — Почему он вращается?
Двигатель постоянного тока — это машина которая преобразует электрическую энергию в механическую. То есть, потребляя для своего вращения электрический ток, она приводит во вращение различные устройства. Это могут быть водяной или воздушный насос, стиральная машина или кофемолка. Электродвигателем постоянного тока, разумеется, такой двигатель называется потому, что для его питания используется постоянный электроток.
Рассмотреть принцип действия двигателя постоянного тока удобнее всего на небольшой модели. Поскольку, с одной стороны, у модели принцип работы тот же что и у большого двигателя. А с другой стороны, модель рассматривать удобнее. Потому как она маленькая, со всех сторон для взгляда открыта и деталей на ней меньше.
Модель двигателя постоянного тока состоит из ротора и статора. Ротор — это подвижная часть двигателя. Статор — неподвижная (статичная) часть. В данном случае статор двигателя является индуктором, а ротор якорем. То есть, ток питания сети протекает в роторе.
Главной частью статора является магнит. Так как у мы рассматриваем самую простейшую модель двигателя, магнит постоянный и всего один. Магнит находится в верхней части модели. К двум полюсам магнита присоединяются две железные пластины. Пластины присоединяются таким образом, что они образуют с двух сторон модели двигателя два полюса — северный и южный. То есть, пластины служат продолжением полюсов магнита. Между полюсами находится ротор двигателя.
На ротор наматывается катушка из медного провода. Два вывода катушки подсоединяются к двум контактным пластинкам-ламелям. Эти пластинки имеют полусогнутую форму и располагаются на цилиндре. Причем, цилиндр является изолятором. То есть, обе пластинки изолированны друг от друга. Цилиндр с пластинками является коллектором двигателя постоянного тока. Потому подобные виды двигателей постоянного тока называются коллекторными. Обычно под коллектором понимается устройство что-либо собирающее. Данный коллектор закрепляется на одной оси с ротором. Иначе говоря, при вращении ротора, вращается также и коллектор.
С ламелями соприкасаются пружинные щетки. В свою очередь, с щетками соединены контактные площадки, на которые подается питание постоянным током. В результате, когда на контакты подается питание, ротор начинает вращаться. То есть, при подключении питания, по катушке ротора начинает течь постоянный ток. Иначе говоря, ротор становится электромагнитом. У ротора появляются два полюса, так же как и у статора. Соответственно, магнитные полюса статора притягивают противоположные полюса ротора. Ротор разворачивается становится горизонтально. Вместе с ротором поворачивается и коллектор. В этом положении щетки не прикасаются к пластинам и ток перестает течь по обмотке ротора. То есть, ротор перестает быть электромагнитом.
Разумеется, движение ротора начинает замедлятся. Однако, по инерции ротор всё ещё вращается. И за это время пластины успевают повернуться и прикоснуться к противоположным контактам источника питания. Благодаря этому ток начинает течь по катушке ротора в противоположном направлении. То есть, ротор опять стал электромагнитом, но полюса у него поменялись на противоположные. Ротор опять разворачивается и цикл повторяется снова и снова. Таким образом и работает простейший двигатель постоянного тока.
Несомненно, мы рассмотрели самую простую модель электродвигателя. Однако, на этой модели очень хорошо виден сам принцип работы двигателя постоянного тока. Безусловно, обычно двигатели постоянного тока устроены сложнее. К примеру, часто их статор состоит из двух магнитов, а ротор выполнен трехполюсным. А также, постоянные магниты на статоре могут быть заменены или дополнены электромагнитами. Двигатели с таким устройством работают намного более надежно. Обычно чем мощнее двигатель, тем сложнее его устройство. Очень сильно работа двигателя постоянного тока зависит от подключения его обмоток. Причем, существует несколько способов их подключения. Стоит отметить также то, что, кроме коллекторных двигателей, существуют и бесколлекторные электродвигатели постоянного тока.
Для вашего удобства подборка публикаций
На каком явлении основан принцип действия электрического двигателя
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.
Электрический двигатель: вид в разрезе
Принцип действия двигателя постоянного тока — Почему он вращается?
Двигатель постоянного тока — это машина которая преобразует электрическую энергию в механическую. То есть, потребляя для своего вращения электрический ток, она приводит во вращение различные устройства. Это могут быть водяной или воздушный насос, стиральная машина или кофемолка. Электродвигателем постоянного тока, разумеется, такой двигатель называется потому, что для его питания используется постоянный электроток.
Рассмотреть принцип действия двигателя постоянного тока удобнее всего на небольшой модели. Поскольку, с одной стороны, у модели принцип работы тот же что и у большого двигателя. А с другой стороны, модель рассматривать удобнее. Потому как она маленькая, со всех сторон для взгляда открыта и деталей на ней меньше.
Модель двигателя постоянного тока состоит из ротора и статора. Ротор — это подвижная часть двигателя. Статор — неподвижная (статичная) часть. В данном случае статор двигателя является индуктором, а ротор якорем. То есть, ток питания сети протекает в роторе.
Главной частью статора является магнит. Так как у мы рассматриваем самую простейшую модель двигателя, магнит постоянный и всего один. Магнит находится в верхней части модели. К двум полюсам магнита присоединяются две железные пластины. Пластины присоединяются таким образом, что они образуют с двух сторон модели двигателя два полюса — северный и южный. То есть, пластины служат продолжением полюсов магнита. Между полюсами находится ротор двигателя.
На ротор наматывается катушка из медного провода. Два вывода катушки подсоединяются к двум контактным пластинкам-ламелям. Эти пластинки имеют полусогнутую форму и располагаются на цилиндре. Причем, цилиндр является изолятором. То есть, обе пластинки изолированны друг от друга. Цилиндр с пластинками является коллектором двигателя постоянного тока. Потому подобные виды двигателей постоянного тока называются коллекторными. Обычно под коллектором понимается устройство что-либо собирающее. Данный коллектор закрепляется на одной оси с ротором. Иначе говоря, при вращении ротора, вращается также и коллектор.
С ламелями соприкасаются пружинные щетки. В свою очередь, с щетками соединены контактные площадки, на которые подается питание постоянным током. В результате, когда на контакты подается питание, ротор начинает вращаться. То есть, при подключении питания, по катушке ротора начинает течь постоянный ток. Иначе говоря, ротор становится электромагнитом. У ротора появляются два полюса, так же как и у статора. Соответственно, магнитные полюса статора притягивают противоположные полюса ротора. Ротор разворачивается становится горизонтально. Вместе с ротором поворачивается и коллектор. В этом положении щетки не прикасаются к пластинам и ток перестает течь по обмотке ротора. То есть, ротор перестает быть электромагнитом.
Разумеется, движение ротора начинает замедлятся. Однако, по инерции ротор всё ещё вращается. И за это время пластины успевают повернуться и прикоснуться к противоположным контактам источника питания. Благодаря этому ток начинает течь по катушке ротора в противоположном направлении. То есть, ротор опять стал электромагнитом, но полюса у него поменялись на противоположные. Ротор опять разворачивается и цикл повторяется снова и снова. Таким образом и работает простейший двигатель постоянного тока.
Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей
Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.
Сравнение механических характеристик электродвигателей разных типов при ограниченном токе статора
Зависимость мощности от скорости вращения вала для двигателей разных типов при ограниченном токе статора
Оранжевый цвет – низкий показатель, желтый цвет – средний показатель, светло-желтый цвет – высокий показатель.
В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7].
Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном.
Принцип работы электродвигателя основывается на эффекте обнаруженном Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита, может возникнуть непрерывное вращение.
Принцип работы электродвигателя постоянного тока
Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент. На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.
В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.
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:
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.
Простыми словами о сложном
На самом деле там векторное произведение, дифференциалы и т.п. но это детали, а у нас упрощённый случай. И так…
Рис. 1 Основа работы электрического двигателя
Направление силы ампера определяется правилом левой руки.
Рис. 2 Правило левой руки
Мысленно ставим левую ладонь на верхний рисунок и получаем направление сил Ампера. Она типа растягивают рамку с током в том положении как нарисовано на рис.1. И никуда вертеться тут ничего не будет, рамка в равновесии, устойчивом.
А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:
Рис. 3 Рамка
Здесь уже равновесия нет, сила Ампера разворачивает противоположные стенки так, что рамка начинает вращаться. Появляется механическое вращение. Это основа электрического двигателя, самая суть, дальше только детали.
Теперь что будет делать рамка с током на рис.3?. Если система идеальная, без трения, то очевидно будут колебания. Если трение присутствует, то колебания постепенно затухнут, рамка с током стабилизируется и станет как на рис.1.
Ответы
1. Вокруг движущихся электрических зарядов существует
B. электрическое и магнитное поле.
2. Железные опилки в магнитном поле прямого тока располагаются… по силовым линиям
B. по замкнутым кривым, охватывающим проводник.
A. увеличении; усиливается.
4. Одноименные магнитные полюсы…, разноименные…
Б. отталкиваются; притягиваются.
5. Какой из приведенных ниже металлов сильнее притягивается магнитом?
6. Магнит удерживает стальной шарик (рис. 76). Что произойдет с шариком, если магнит замкнуть железным стержнем?
Б. Шарик упадет, так как магнитное поле (см рисунок 1-1) ослабнет.
7. Как направлены магнитные линии между полюсами магнита (рис. 1-2)?
От северного к южному. Южный полюс магнитной стрелки притягивается к В, следовательно ответ Б. От Б к А.
8. Какими магнитными полюсами образован спектр магнитного поля (1-3)?
Магнитные линии разноименных полюсов начинались бы на одном полюсе и заканчивались на другом.
9. Постоянный магнит ломают пополам. Будут ли обладать магнитными свойствами концы А и Б в месте излома магнита (1-4)?
При этом каждая половина станет магнитом. Сохранившийся полюс останется тем же, а на месте разлома появится другой полюс.
B. Конец А станет южным магнитным полюсом, а Б — северным.
10. Какое явление используется в устройстве электродвигателей?
Б. Вращение рамки с током в магнитном поле.
Принцип работы электродвигателя постоянного тока
Способ 1. Смена направления тока в рамке.
Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.
Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:
Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка
На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.
Рис. 4.2
В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.
Рис. 4.3
И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.
Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.
Рис. 4.4
И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.
Рис. 4.5
А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.
Рис. 4.6
И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.
Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.
А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:
Рис. 5
Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.
Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.
Формула мощности трехфазного двигателя
Для того чтобы определить мощность двигателя, формула выглядит так:
Составляющие формулы:
Если величина Iн неизвестна, ее нужно найти, применив соответствующую формулу.
Асинхронные двигатели, используемые для трёхфазной сети, – наиболее стабильные и надёжные машины. Однако частотный предел переменного тока 50 Гц не позволяет им развивать скорость вращения более 3000 об./мин. Поэтому универсальные коллекторные ДПТ – эффективный выход для механических процессов, требующих от мотора способности вращать вал с более высокой частотой.
Принцип работы электродвигателя переменного тока
Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.
Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.
Рис. 6 Статор электродвигателя
А есть значит 3 фазы переменного тока.
Рис. 7
Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.
Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.
Рис. 8
И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.
Рис. 9 Вращающееся магнитное поле
Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.
Но здесь есть тоже различия, два разных способа.
Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).
Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.
Рис. 10 (Рис.1)
Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.
Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.
Асинхронные двигатели и получение вращающегося магнитного поля
Асинхронная машина — электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник). По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из пластин электротехнической стали.
Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 °. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая «беличье колесо» из-за внешней схожести конструкции, состоит из алюминиевых (реже медных, латунных) стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора.
На обмотку статора подаётся переменное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создаёт вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в ней ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создаёт вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.
Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением:
Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в обмотке ротора возникает ток. На проводники с током этой обмотки, действуют электромагнитные силы; их суммарное усилие образует электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор вслед за магнитным полем.
Электромагнитный момент асинхронного электродвигателя:
В каждой фазной обмотке статора двигателя переменного тока создается магнитное поле, которое пульсирует вдоль оси этой обмотки.
Однако, эти пульсации сдвинуты во времени на 1/3 периода (120 градусов)
Сложение пульсирующих векторов 3х обмоток в каждый момент времени формируют по правилу параллелограмма.
- на каком физическом явлении основано действие электрического двигателя
- на каком физическом явлении основано использование полотенец