היום אי אפשר לדמיין את הציוויליזציה האנושית וחברת ההייטק בלי חשמל. אחד המכשירים העיקריים המבטיחים את פעולתם של מכשירים חשמליים הוא המנוע. מכונה זו מצאה את התפוצה הרחבה ביותר: מהתעשייה (מאווררים, מגרסה, מדחסים) ועד לשימוש ביתי (מכונות כביסה, מקדחות וכו'). אבל מהו עקרון הפעולה של מנוע חשמלי?
Destination
עקרון הפעולה של המנוע החשמלי ומטרותיו העיקריות הן העברת האנרגיה המכנית הדרושה לביצוע תהליכים טכנולוגיים לגופים הפועלים. המנוע עצמו מייצר אותו עקב החשמל הנצרך מהרשת. בעיקרון, עקרון הפעולה של מנוע חשמלי הוא המרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. כמות האנרגיה המכנית שנוצרת על ידה ביחידת זמן אחת נקראת כוח.
צפיותמנועים
בהתאם למאפייני רשת האספקה, ניתן להבחין בין שני סוגים עיקריים של מנוע: על זרם ישיר ועל זרם חילופין. מכונות ה-DC הנפוצות ביותר הן מנועים עם עירור סדרתי, עצמאי ומעורב. דוגמאות למנועי AC הם מכונות סינכרוניות ואסינכרוניות. למרות הגיוון לכאורה, התקן ועיקרון הפעולה של מנוע חשמלי לכל מטרה מבוססים על אינטראקציה של מוליך עם זרם ושדה מגנטי, או מגנט קבוע (עצם פרומגנטי) עם שדה מגנטי.
לולאה נוכחית - אב טיפוס של המנוע
הנקודה העיקרית בעניין כמו עקרון הפעולה של מנוע חשמלי יכולה להיקרא הופעת מומנט. ניתן לשקול תופעה זו באמצעות דוגמה של מסגרת עם זרם, המורכבת משני מוליכים ומגנט. זרם מסופק למנצחים באמצעות טבעות מגע, אשר קבועות על ציר המסגרת המסתובבת. בהתאם לכלל יד שמאל המפורסם יפעלו על המסגרת כוחות שייצרו מומנט סביב הציר. הוא יסתובב נגד כיוון השעון תחת פעולת הכוח הכולל הזה. ידוע שרגע סיבוב זה עומד ביחס ישר לאינדוקציה המגנטית (B), חוזק הזרם (I), שטח המסגרת (S) ותלוי בזווית שבין קווי השדה לציר האחרונים. עם זאת, בפעולה של רגע שמשתנה לכיוונו, הפריים יתנדנד. מה אפשר לעשות כדי ליצור קבועכיוונים? יש כאן שתי אפשרויות:
- שנה את כיוון הזרם החשמלי במסגרת ואת מיקום המוליכים ביחס לקטבי המגנט;
- שנה את כיוון השדה עצמו, בעוד שהמסגרת מסתובבת באותו כיוון.
האפשרות הראשונה משמשת עבור מנועי DC. והשני הוא העיקרון של מנוע AC.
שינוי כיוון הזרם ביחס למגנט
כדי לשנות את כיוון התנועה של חלקיקים טעונים במוליך של המסגרת עם זרם, צריך מכשיר שיקבע את הכיוון הזה בהתאם למיקום המוליכים. עיצוב זה מיושם באמצעות מגעים הזזה, המשמשים לספק זרם ללולאה. כאשר טבעת אחת מחליפה שתיים, כאשר המסגרת מסתובבת חצי סיבוב, כיוון הזרם מתהפך, והמומנט שומר עליו. חשוב לציין שטבעת אחת מורכבת משני חצאים, המבודדים זה מזה.
עיצוב מכונת DC
הדוגמה לעיל היא עקרון העבודה של מנוע DC. למכונה האמיתית, כמובן, עיצוב מורכב יותר, שבו נעשה שימוש בעשרות מסגרות ליצירת פיתול האבזור. המוליכים של סלילה זו ממוקמים בחריצים מיוחדים בליבה פרומגנטית גלילית. קצוות הפיתולים מחוברים לטבעות מבודדות היוצרות אספן.הפיתול, הקומוטטור והליבה הם אבזור המסתובב במיסבים על גוף המנוע עצמו. השדה המגנטי של העירור נוצר על ידי הקטבים של מגנטים קבועים, הממוקמים בבית. הפיתול מחובר לרשת החשמל וניתן להפעיל אותו ללא תלות במעגל האבזור או בסדרה. במקרה הראשון, למנוע החשמלי יהיה עירור עצמאי, במקרה השני - רציף. יש גם עיצוב עירור מעורב, כאשר משתמשים בשני סוגים של חיבור מתפתל בו-זמנית.
מכונה סינכרונית
עקרון הפעולה של מנוע סינכרוני הוא יצירת שדה מגנטי מסתובב. אז אתה צריך למקם בשדה זה את המוליכים המיועלים עם זרם קבוע בכיוון. עקרון הפעולה של מנוע סינכרוני, שהפך נפוץ מאוד בתעשייה, מבוסס על הדוגמה לעיל עם לולאה עם זרם. השדה המסתובב שנוצר מהמגנט נוצר באמצעות מערכת פיתולים המחוברים לרשת החשמל. בדרך כלל משתמשים בפיתולים תלת-פאזיים, עם זאת, עקרון הפעולה של מנוע AC חד-פאזי לא יהיה שונה מהמנוע התלת-פאזי, למעט אולי במספר השלבים עצמם, שאינו משמעותי כאשר בוחנים תכונות עיצוב. הפיתולים ממוקמים בחריצי הסטטור עם תזוזה מסוימת סביב ההיקף. זה נעשה כדי ליצור שדה מגנטי מסתובב במרווח האוויר שנוצר.
Synchronism
נקודה חשובה מאוד היא הפעולה הסינכרונית של המנוע החשמליהבנייה הנ ל. כאשר השדה המגנטי יוצר אינטראקציה עם הזרם בפיתול הרוטור, נוצר תהליך סיבוב המנוע עצמו, שיהיה סינכרוני ביחס לסיבוב השדה המגנטי הנוצר על הסטטור. הסנכרון יישמר עד הגעה למומנט המרבי, הנגרם מהתנגדות. אם העומס גדל, המכשיר עלול לצאת מסונכרן.
מנוע אינדוקציה
עקרון הפעולה של מנוע חשמלי אסינכרוני הוא נוכחות של שדה מגנטי מסתובב ומסגרות סגורות (קווי מתאר) על הרוטור - החלק המסתובב. השדה המגנטי נוצר באותו אופן כמו במנוע סינכרוני - בעזרת פיתולים הממוקמים בחריצים של הסטטור, המחוברים לרשת מתח חילופין. פיתולי הרוטור מורכבים מתריסר מסגרות לולאה סגורות ובדרך כלל יש שני סוגי ביצוע: פאזה וקצר. עקרון הפעולה של מנוע ה-AC בשתי הגרסאות זהה, רק העיצוב משתנה. במקרה של רוטור של כלוב סנאי (המכונה גם כלוב סנאי), הפיתול נשפך עם אלומיניום מותך לתוך החריצים. בייצור פיתול הפאזה מוציאים את הקצוות של כל שלב באמצעות טבעות מגע הזזה, שכן הדבר יאפשר לכלול במעגל נגדים נוספים, הנחוצים לשליטה על מהירות המנוע.
מכונת מתיחה
עקרון הפעולה של מנוע המתיחה דומה לזה של מנוע DC. מרשת האספקה, זרם מסופק לשנאי מדרגה. נוסףזרם חילופין תלת פאזי מועבר לתחנות מתיחה מיוחדות. יש מיישר. זה ממיר AC ל DC. על פי התוכנית, זה מתבצע עם אחד הקוטביות שלו לחוטי המגע, השני - ישירות למסילות. יש לזכור שמנגנוני משיכה רבים פועלים בתדר שונה מהתעשייה המבוססת (50 הרץ). לכן, ממיר תדרים משמש למנוע חשמלי, שעיקרון פעולתו הוא המרת תדרים ושליטה במאפיין זה.
בפנטוגרף המוגבה, המתח מסופק לחדרים שבהם נמצאים ריאוסטטים ההתחלתיים והמגעים. בעזרת בקרים מחברים את הריאוסטטים למנועי מתיחה, הממוקמים על צירי הבוגי. מהם זורם הזרם דרך הצמיגים אל המסילה, ולאחר מכן חוזר לתחנת המשנה, ובכך משלים את המעגל החשמלי.
