img

Электрические двигатели необходимы для совершения механической работы. В электродвигателе процессы запускаются благодаря подаче электроэнергии, которая и заставляет начинать вращательные движения. Но далеко не все двигатели работают по такому принципу, некоторые создают поступательное движение рабочего органа, такие аппараты называются линейными.

Если в промышленности электрические двигатели требуются для работы станков и устройств, необходимых для движения технологического процесса, то в повседневной жизни двигатели можно встретить в самых обыкновенных предметах: часы, стиральная машина, компьютеры и так далее.

Основные физические процессы

Действие в электрических двигателях основано на электрическом токе, который находится внутри магнитного поля. На это поле необходимо воздействовать механической силой, чтобы отклонить заряды в перпендикулярном направлении другой плоскости, где располагаются магнитные силовые линии. Действующая сила продолжит свое влияние и во время передвижения электрического тока по проводнику, стараясь изменить движение направления частиц либо всей обмотки целиком.

принцип работы электродвигателя

На картинке видно, каким образом создается вращательное движение. Металлическая рамка, помещенная внутри магнитного поля, по которой пущен ток, будет вращаться из-за действующей силы F (она стремится «выкинуть» частицы с их пути движения), создающей это самое вращение.

Этот эксперимент, который может провести любой человек, показывает, каким образом работает двигатель, основанный на электричестве. Конструкция электродвигателя состоит из:

  • обмотки для движения электрического тока. Она должна быть изготовлена из материала с высокой проводимостью тока, например, меди. Располагается на сердечнике-якоре, а для возможности свободного движения, силу трения нейтрализуют при помощи подшипников. Конструкция в целом имеет название – ротор;
  • статор, необходимый для создания магнитного поля, что необходимо для определения пространства и вектора движения для электрического заряда;
  • корпус для статора, который должен быть оборудован местами для подшипников ротора.

Принцип работы основывается на этих элементах:

принципиальная схема конструкций электродвигателя

Мощность двигателя будет определяться конструкцией устройства, количеством прикладываемой энергии и потерь, которые происходят при преобразовании энергии в крутящий момент.

Крутящий момент никогда не сможет превысить величину приложенной энергии к мотору, так как коэффициент полезного действия не может превышать ста процентов.

Виды электродвигателей

Принцип работы электродвигателя делится на два вида, которые отличаются по типу тока: постоянный или переменный. Каждая из групп также имеет подгруппы, количество которых достаточно большое, так как зависят от модификаций и процессов внутри двигателя. Для плавного запуска любого из них потребуется создать соответствующий пуск своими руками, как показано на видео:

Здесь показан лишь один способ создания УПП, хотя их существует несколько, каждый из которых имеет плюсы и минусы.

Электродвигатели постоянного тока

Общее устройство, которое основано на принципе действия электродвигателя постоянного тока, показано на рисунке.

принцип устройства электродвигателя постоянного тока

Закрепленные магниты либо электромагниты создают необходимое магнитное поле. Обмотка якоря плотно прикреплена к валу с подшипниками, обеспечивающими свободное движение по оси.

Сердечник якоря должен быть изготовлен из ферромагнитных материалов. Здесь располагается обмотка, где последовательно соединены части, которые противоположными концами подключаются к токопроводящим пластинам. Щетки располагаются на противоположных концах якоря, контактируют с коллекторными пластинами.

Двигатель обладает верхней и нижней щеткой. На первую необходимо подключить отрицательный потенциал тока, а на вторую – положительный. Для удобства ориентирования, на схеме проведена пунктирная стрелка, которая показывает направление движения частиц.

Согласно правилу буравчика, на нижней части образуется северный полюс, а не верней – южный. Это позволяет полюсам отталкиваться от одноименных полюсов магнитного поля, стремясь к противоположным. Но достигнуть их не получится, потому что полюса сменятся, и якоря снова будут стремиться к противоположным полюсам.

Устройство и принцип действия таких двигателей, определяет их специализацию, как техника для выполнения простых задач, например, в детских игрушках, где не требуется производительный процесс. Для достижения более крупных задач, придется усложнять конструкцию:

  • увеличить количество секций обмотки;
  • присвоить каждой секции свой полюс;
  • увеличить количество площадок на количество добавленных секций.

Это позволяет снизить потерю электроэнергии, благодаря смягчению переключения на каждый полюс чрез пластины. Якорь подобного плана будет выглядеть так:

конструкция якоря электродвигателя постоянного тока

Если электрический двигатель работает на ДПТ, то изменение движение можно реализовать, просто изменив движение тока в обмотке на противоположное.

Электродвигатели переменного тока

Главное отличие двигателей переменного тока от постоянного – в первом случае электрической ток описывается по синусоидальному гармоническому закону, то есть, направление изменяется в определенные периоды. Поэтому, чтобы система могла работать, требуется источник напряжения, который способен изменять знак (с плюса на минус и обратно).

Статором будет является магнитопровод со специальными пазами для обмотки.

магнитопровод статора электродвигателя переменного тока

Применение таких двигателей определяется сложностью конструкции.

Асинхронные двигатели в однофазной цепи

Асинхронные двигатели позволяют получить работоспособную конструкцию при питании даже от однофазной цепи, например, бытовой сети. Но для работы должны быть внесены некоторые изменения. Статор должен иметь две обмотки. Для включения в сеть реактивной нагрузки используется конденсатор.

Даже простой двигатель в трехфазной цепи можно переделать под бытовую сеть. Для этого нужно две обмотки должны соединяться в одну в клеммной коробке, также добавляется конденсатор.

Любой передан напряжения может вывести из строя такой двигатель, так как из-за изменения структуры устройства, оно не может полноценно работать от сети, теряя КПД и с риском перегрузки. Особенно явно заметно падение КПД при подаче недостаточного количества напряжения.

Универсальные коллекторные двигатели

Универсальные коллекторные двигатели можно найти в бытовой технике, где требуется небольшая мощность. Конструкция аналогична той, по которой работают двигатели постоянного тока. Единственное отличие – конструкция магнитопроводов наборная. Это помогает уменьшить влияние температур, образовываемых током.

Такой двигатель будет иметь хорошие обороты при любых нагрузках на вал. Именно поэтому универсальные коллекторные двигатели используются в дрелях, пылесосах, перфораторах и так далее.

Итоги

Существует множество устройств, которые были созданы человеком, но электродвигатель является самым производительным, при этом, имеющим большой потенциал. Благодаря возможности модернизировать конструкцию,  можно увеличить мощность двигателя, либо сделать работу аппарата максимально плавной.