Prinzipien des Elektromotors für Dummies

Die Basis des Elektromotors, sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom, basiert auf der Ampere-Kraft. Wenn Sie nicht ersticken, wie es sich herausstellt, wird nichts jemals unverständlich sein.

Abb. 1

P.S. Tatsächlich gibt es ein Vektorprodukt und Differentiale, aber dies sind Details, und wir haben einen vereinfachten Sonderfall.

Die Richtung der Amperekraft wird durch die Regel der linken Hand bestimmt.

Abb.2

Legen Sie geistig die linke Handfläche auf die obere Figur und bestimmen Sie die Richtung der Ampere-Kräfte. Sie streckt den Rahmen mit dem Strom in dieser Position, wie in Abb. 1 gezeigt. Und hier dreht sich nichts um, der Rahmen ist im Gleichgewicht, stabil.

Und wenn der Rahmen mit dem Strom anders gedreht wird, dann passiert Folgendes:

Abb.3

Hier besteht bereits kein Gleichgewicht, die Ampere-Kraft entfaltet die gegenüberliegenden Wände, so dass sich der Rahmen zu drehen beginnt. Mechanische Drehung erscheint. Dies ist die Basis des Elektromotors, das Wesen, dann nur die Details.

Weiter.

Was macht nun der Rahmen mit Strom in Fig. 3? Wenn das System perfekt und ohne Reibung ist, kommt es offensichtlich zu Schwingungen. Wenn Reibung vorhanden ist, werden die Schwingungen allmählich gedämpft, der Rahmen mit dem Strom stabilisiert sich und wird wie in Fig. 1.

Wir brauchen jedoch eine konstante Rotation, die auf zwei grundlegend unterschiedliche Arten erreicht werden kann, und hier ergibt sich der Unterschied zwischen Gleichstrom- und Elektromotoren.

Methode 1. Ändern Sie die Richtung des Stroms im Rahmen.

Diese Methode wird in Gleichstrommotoren und ihren Nachkommen verwendet.

Wir schauen uns die Bilder an. Lassen Sie unseren Motor abschalten und den Rahmen mit dem Strom irgendwie zufällig ausrichten, wie zum Beispiel:

Abb. 4.1 Zufällig positionierter Rahmen

Die Ampere-Kraft wirkt auf einen zufällig angeordneten Rahmen und beginnt sich zu drehen.

Abbildung 4.2

Während der Bewegung erreicht der Rahmen einen Winkel von 90 °. Das Moment (Moment eines Kraftpaares oder Rotationsmoments) ist maximal.

Abbildung 4.3

Und jetzt erreicht der Rahmen eine Position, in der es keinen Moment der Drehung gibt. Und wenn Sie den Strom jetzt nicht abschalten, verlangsamt die Ampere-Kraft den Rahmen und am Ende der halben Umdrehung stoppt der Rahmen und beginnt sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Aber wir brauchen es nicht.

Daher machen wir in Abb. 3 eine schwierige Bewegung - wir ändern die Richtung des Stroms im Rahmen.

Abb.4.4

Und nach dem Überqueren dieser Position wird der Rahmen mit der geänderten Stromrichtung nicht mehr gebremst, sondern beschleunigt wieder.

Abb.4.5

Und wenn sich der Rahmen der nächsten Gleichgewichtsposition nähert, ändern wir den Strom erneut.

Abb.4.6

Und der Rahmen beschleunigt wieder weiter, wo wir müssen.

Und so stellt sich eine konstante Rotation heraus. Ist es schön Schön. Es ist nur notwendig, die Richtung des Stroms zweimal pro Umdrehung und des gesamten Geschäfts zu ändern.

Und er tut es, d.h. bietet einen Wechsel der aktuellen Spezialeinheit - Bürstenkollektoreinheit. Grundsätzlich ist es wie folgt organisiert:

Abb.5

Die Figur ist klar und ohne Erklärung. Der Rahmen reibt an einem Kontakt, dann an einem anderen, und so ändert sich der Strom.

Ein sehr wichtiges Merkmal der Bürstensammeleinheit ist ihre geringe Ressource. Aufgrund von Reibung. Hier ist zum Beispiel der DPR-52-N1-Motor - die Mindestbetriebszeit von 1000 Stunden. Gleichzeitig beträgt die Lebensdauer moderner bürstenloser Motoren mehr als 10.000 Stunden und von Wechselstrommotoren (dort gibt es auch keine SHKU) mehr als 40.000 Stunden.

Post-Skript Neben dem Standard-Gleichstrommotor (Standard, dh mit einer Bürstenkollektoreinheit) gibt es auch seine Entwicklung: einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BDTT) und einen Ventilmotor.

BDTT unterscheidet sich darin, dass sich der Strom dort elektronisch ändert (Transistoren schließen und öffnen) und das Ventil noch steiler ist, es ändert auch den Strom und steuert das Moment. Im Allgemeinen ist ein BDTT mit einem Ventil in seiner Komplexität mit einem elektrischen Antrieb vergleichbar, da er alle Arten von Rotorpositionssensoren (z. B. Hallsensoren) und eine komplexe elektronische Steuerung aufweist.

Der Unterschied zwischen dem BDTT und dem Ventilmotor in Form von Gegen-EMK Im BDT gibt es ein Trapez (eine grobe Veränderung) und in einem Ventilmotor - eine Sinuskurve, ein glatteres Mittel.

In Englisch ist der BDT BLDC und der Ventilmotor ist PMSM.

Verfahren 2. Der magnetische Fluss wird gedreht, d.h. Magnetfeld.

Ein rotierendes Magnetfeld wird unter Verwendung eines dreiphasigen Wechselstroms erhalten. Es gibt einen Stator.

Abb.6

Und es gibt 3 Phasen Wechselstrom.

Abb. 7

Zwischen ihnen anscheinend 120 Grad, elektrische Grad.

Diese drei Phasen sind in besonderer Weise so im Stator angeordnet, dass sie geometrisch um 120 ° zueinander gedreht sind.

Abb. 8

Wenn dann eine dreiphasige Leistung angelegt wird, wird ein rotierendes Magnetfeld erhalten, indem die Magnetflüsse aus den drei Wicklungen gefaltet werden.

Abb. 9

Als nächstes "drückt" ein rotierendes Magnetfeld die Ampere-Kraft auf unseren Rahmen und es dreht sich.

Es gibt aber auch Unterschiede, zwei verschiedene Arten.

Methode 2a. Der Rahmen wird angetrieben (Synchronmotor).

Wir geben Mittelwerte für die Rahmenspannung (konstant) an, der Rahmen ist dem Magnetfeld ausgesetzt. Erinnern Sie sich von Anfang an an Abb. 1? So wird der Rahmen.

Fig. 10 (Fig. 1)

Aber das Magnetfeld hier dreht sich und hängt nicht nur. Was wird der Rahmen tun? Es dreht sich auch entsprechend dem Magnetfeld.

Sie (der Rahmen und das Feld) drehen sich mit der gleichen Frequenz oder synchron, so dass diese Motoren als Synchronmotoren bezeichnet werden.

Methode 2b. Der Rahmen wird nicht mit Strom versorgt (Asynchronmotor).

Der Trick ist, dass der Rahmen nicht, überhaupt nicht füttert. Nur ein Draht so geschlossen.

Wenn wir beginnen, das Magnetfeld gemäß den Gesetzen des Elektromagnetismus zu drehen, wird im Rahmen ein Strom induziert. Aus diesem Strom und Magnetfeld wird eine Amperekraft erhalten. Die Kraft von Ampere entsteht jedoch nur, wenn sich der Rahmen relativ zum Magnetfeld bewegt (eine bekannte Geschichte mit Ampere-Experimenten und seinen Reisen in den nächsten Raum).

Der Rahmen bleibt also immer hinter dem Magnetfeld zurück. Und wenn sie ihn dann aus irgendeinem Grund plötzlich einholt, verschwindet die Spitze vom Feld, der Strom verschwindet, die Ampere-Kraft verschwindet und alles verschwindet ganz. Das heißt, bei einem Induktionsmotor bleibt der Rahmen immer hinter dem Feld zurück und ihre Frequenz bedeutet unterschiedlich, dh sie drehen sich asynchron, daher wird der Motor als asynchron bezeichnet.

Siehe auch zu diesem Thema: Wie sind einphasige Asynchronmotoren angeordnet und funktionieren?, Arten von elektrischen Generatoren, Geräten und deren Betrieb