Elektriske motorer

Elektriske motorer

Elektriske motorer er til stede i mange dele af vores hverdag. Lad os lære om de forskellige typer.

Fysik

Nøgleord

elektromotor, electromagnetic induction, induction, engine, electric motor, AC motor, right-hand rule, electromagnet, magnetic field lines, induced current, direct current, coil, electric current, magnetic field, magnetic force, iron core, machine, energy, alternating current, electro, physics, electric, electricity

Relaterede ekstramaterialer

Scener

Interaktion mellem elektrisk strøm og et magnetfelt

  • ledende ledning
  • magnetiske induktionslinjer - Imaginære linjer bruges til at illustrere strukturen af magnetfelter. Deres tæthed angiver størrelsen af magnetfeltinduktionen, mens deres retning indikerer retningen af den inducerede strøm.

Alle elektriske motorer udnytter den magnetiske effekt af elektrisk strøm.
Når en strømen strømmer i en ledning, produceres der et magnetfelt omkring denne ledning. Magnetfeltet har samme effekt på en permanent magnet som en anden permanent magnet ville, men dette felt er justerbart.
Styrken af det dannede magnetfelt afhænger af intensiteten af den strøm, der løber i tråden og afstanden fra tråden, mens dens retning afhænger af retningen af strømmen.

Sløjfeledning

  • ledende ledning
  • magnetiske induktionslinjer - Imaginære linjer bruges til at illustrere strukturen af magnetfelter. Deres tæthed angiver størrelsen af magnetfeltinduktionen, mens deres retning indikerer retningen af den inducerede strøm.

Spolen som en elektromagnet

  • ledende ledning - Styrken af magnetfeltet kan styres ved at justere styrken af den elektriske strøm, der strømmer i ledningen.
  • magnetiske induktionslinjer - De bliver koncentreret inde i sløjferne dannet af en ledende ledning, så magnetfeltet bliver stærkere der.
  • jern kerne - Styrken af magnetfeltet påvirkes af materialets sammensætning af spolenes kerne.

Magnetfeltet produceret af den elektriske strøm kan styrkes ved at danne en sløjfe i ledningen, således at magnetfeltlinjerne bliver mere koncentreret inde i sløjfen. Magnetfeltet kan styrkes yderligere ved at danne et antal trådløjfer, det vil sige ved at danne en spole og ved at indpakke den omkring en stang fremstillet af magnetiserbart materiale, for eksempel en jernkerne. Den således dannede spole er en elektromagnet, som findes i alle elektriske motorer.

Induktion

  • spole
  • bevægende magnet
  • amperemeter

Elektrisk strøm kan fremkalde et magnetfelt, men et magnetfelt kan også fremkalde elektrisk strøm. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk induktion.

Elektrisk strøm kan kun fremkaldes af et skiftende magnetfelt. Hvis magnetfeltet i en spole ændres, induceres en spænding i spolen, og der genereres en elektrisk strøm. Denne strøm producerer også et magnetfelt, og de to magnetfelter kan interagere med hinanden.

DC motorer

  • permanent magnet
  • spole - Når en elektrisk strøm indføres i en metalspole, genereres et magnetfelt rundt om spolen, det vil sige det fungerer som en magnet. Den vil dreje sig for at justere sig med statorens permanente magnetfelt.
  • kommutator - Kommutatoren roterer sammen med DC-motorens rotor. Den modtager elektrisk strøm gennem børsterne og overfører den til rotorens spole. I den enkleste DC motor er der to poler, derfor består kommutatoren af to segmenter. Når kommutatoren roterer, skifter polerne i den elektriske strøm hver halve omgang.
  • børste - Elektrisk strøm ledes til kommutatoren og derefter til spolen via børster. De er normalt lavet af kulstof.
  • jern kerne - Funktionen af jernkernen er at styrke magnetfeltet induceret af spolen.
  • isolering

Der er to hovedtyper af elektriske motorer: Jævnstrøm (DC) og vekselstrøm (AC) motorer.

Som navnet antyder, drives DC-motorer af jævnstrøm, som enten leveres af et batteri eller en ekstern strømforsyning. I de enkleste DC-motorer er statoren en permanent magnet, og rotoren er en elektromagnet, det vil sige en spole.

Strømmen påføres den roterende spole via kulbørster og en kommutator. Som et resultat af at den elektriske strøm tilføres til spolen, så bliver spolen en magnet. Den vender for at justere sig med den permanente magnets polaritet. Imidlertid skal polariteten af ​​den elektriske strøm i kommutatoren omdannes, inden den vendes i den rigtige retning. Følgelig fortsætter spolen med at rotere mod den modsatte pol, og det er sådan, den fortsætter med at rotere.

Det er almindeligt at bruge flere spoler i rotoren, så kommutatoren har også flere poler, hvilket sikrer en jævnere drift.

Ulempen ved DC-motorer er, at kulbørsterne slides, så de skal udskiftes lejlighedsvis, og kulstofstøvpartikler, der dannes, kan forårsage kortslutning. Derudover er DC-motorer også støjende.

AC synkronmotorer

  • rotor - Rotorens permanente magnet forsøger at følge statorens roterende magnetfelt.
  • stator - Statorens spoler genererer et roterende magnetfelt.
  • kontrolelektronik - Det skaber en faseforskel mellem de forskellige spoler.
  • vekselstrøm

Den anden hovedtype af elektriske motorer er vekselstrømsmotorer, der omfatter synkrone og asynkrone motorer.

I synkronmotorer forbindes vekselstrøm, som ændrer retning periodisk, til rotoren. En sådan strøm kan opnås enten fra elnettet eller elektronisk. Hvis strømmen i statorens spoler ikke veksler i samme fase, genereres et roterende magnetfelt. Faseforskellen kan skabes enten ved hjælp af kondensatorer eller mere kompleks elektronik. I de fleste tilfælde er der permanente magneter i rotoren, men der kan også være spoler (det sidstnævnte kører på jævnstrøm fra en ekstern forsyning). Rotorens magnet forsøger at følge statorens roterende magnetfelt, så den roterer med det.

Synkronmotorer kan kun fungere med en hastighed, der svarer til frekvensen af ​​den elektriske strøm, der driver dem. Når en synkronmotor kører under belastning, falder rotoren tilbage i fase med en vis vinkel i forhold til statorpolen, men begge løber med samme synkron hastighed. Hvis belastningen øges, øges vinklen også. Hvis der pludselig lægges for meget belastning på motoren, falder rotoren og statorstolperne ud af synkronisering, og motoren stopper.

Disse motorer er ikke selvstartende, de kræver en startmekanisme. De fleste synkronmotorer startes af en induktionsmekanisme og skifter kun til synkron tilstand, når de når synkroniseringshastigheden.

Ved kørsel af køretøjer styres frekvensen af ​​vekselstrøm, der styrer den synkrone motor, elektronisk i overensstemmelse med køretøjets ønskede hastighed. Da moderne elektriske køretøjers vekselstrøm genereres fra jævnstrøm med et elektronisk kredsløb, kan disse motorer betragtes som DC-motorer. De kaldes også børsteløse DC-motorer eller BLDC-motorer.

Fordelene ved synkronmotorer over børstede DC-motorer er, at der ikke er nogen komponent i dem, der kan slides og producere støv. Deres drift er effektiv og næsten lydløs.

AC asynkronmotorer

  • rotor - Det kan også være en simpel metalcylinder, hvori den elektriske strøm er induceret af det skiftende magnetfelt.
  • stator - Statorens spoler genererer et roterende magnetfelt.
  • kontrolelektronik - Det skaber en faseforskel mellem de forskellige spoler.

Drift princippet af asynkrone motorer er baseret på fænomenet induktion, så de kaldes også induktionsmotorer.

Asynkrone motorer består også af en stator og en rotor. Statoren omfatter flere spoler, hvorpå vekselstrøm anvendes. Rotoren kan være en metalcylinder eller en kortsluttet spole, det vil sige en, der ikke modtager strøm fra en ekstern kilde.

Driftsprincippet for asynkrone motorer er som følger:

1. Vekselstrømmen går ikke i samme fase i statorens spoler, hvilket inducerer et roterende magnetfelt omkring spolerne.

2. Dette roterende magnetfelt inducerer en elektrisk strøm i rotoren.

3. Den inducerede elektriske strøm genererer et andet magnetfelt omkring rotoren.

4. De to magnetfelter interagerer med hinanden, så rotoren forsøger at justere sig med det eksterne magnetfelt. Men da magnetfeltet roterer, kan rotoren aldrig komme frem til det, så den drejer konstant.

Et roterende magnetfelt genereres kun, når den elektriske strøm i statorens spoler er i forskellige faser. Hvis polyfaseffekten bruges til at køre motoren, skal statorens spoler være forbundet i forskellige faser. Hvis motoren drives af enfaset strøm, styres faseforskydningen af ​​de eksterne spoler af kondensatorer eller af mere kompleks elektronik.

Betjeningen af ​​asynkronmotorer er mindre kompliceret end synkronmotorer, da de ikke stopper, når belastningen øges.

Lineære motorer

  • stator - Den består af permanente magneter.
  • rotor - Den består af spoler.
  • sensor

Begge vekselstrømsmotorer har lineære versioner kendt som LIM (Lineær Induktionsmotor) og LSM (Lineær Synkron Motor). Betjeningen af disse motorer fører ikke til rotationsbevægelse, men til bevægelse i en lige linje.

Deres driftsprincip er det samme som rotationsmotorer, bortset fra at både rotoren og statoren er justeret langs en retlinie. En anden forskel er, at den bevægende del normalt er den ene, der indeholder spolerne og ikke den magnetiske eller magnetiserbare del.

I LIM-motorer tilføres en polyfase vekselstrøm til den bevægelige række af spoler, der skaber et bevægende magnetfelt, som fremkalder en strøm i den stationære metalskinne, hvis magnetfelt driver den bevægende del af motoren, der indeholder spolerne.

I tilfælde af LSM motorer skal skinnen indeholde magneter i linje, og vekselstrømmen, som strømmer i spoler i bevægelsesdelen, skal ændres i overensstemmelse med bevægelsesretningen, så den altid når den næste magnet i den korrekte fase. Dette er ikke muligt uden sensorer og kontrolelektronik.

Step motorer

  • rotor - Det kan også være en simpel metalcylinder, hvori den elektriske strøm er induceret af det skiftende magnetfelt.
  • stator - Statorens spoler genererer et roterende magnetfelt.
  • kontrolelektronik - Det skaber en faseforskel mellem de forskellige spoler.

Step motorer er meget nyttige i enheder, hvor det er nødvendigt at kende den nøjagtige vinkel (eller trin), hvormed motoren roterer som følge af en vis strøm.

Sådanne motorer bevæger roboternes arme eller komponenterne i fotokopimaskiner og printere. Rotoren på step motorer består af permanente magneter, mens statoren består af elektromagneter. Statorens elektromagneter får levere strøm separat af styreelektronikken i henhold til den ønskede vinkel.

Jo flere permanente magneter er installeret i rotoren og elektromagneterne i statoren, jo mindre er den vinkel, hvormed motoren kan rotere trin for trin, så den kan roteres mere præcist i den ønskede retning.

Motorens præcision kan også øges, hvis rotorens magneter og statorens magnetkerner er tændt. Præcisionen kan yderligere forøges ved præcist at ændre styrestrømmen, der føres til spolerne.

Fortællerstemme

Elektriske motorer er til stede i mange dele af vores hverdag. Selv om der er forskellige typer, bruger de alle den magnetiske effekt af elektrisk strøm.

Når strømmen går gennem en ledning, induceres et magnetfelt omkring denne ledning. Styrken af det genererede magnetfelt afhænger af intensiteten af strømmen, der løber i ledningen og afstanden fra ledningen.

Magnetfeltet, der genereres af strømmen, kan styrkes yderligere ved at vikle ledningen ind i en spole. Den således dannede spole er elektromagneten, som findes i alle elektriske motorer. Styrken af elektromagneten og positionen af dens poler kan justeres med strømmen der strømmer igennem den.

Den elektriske strøm kan skabe et magnetfelt, men magnetfeltet kan også producere elektrisk strøm. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk induktion. Elektrisk strøm kan kun fremkaldes af et skiftende magnetfelt. Hvis magnetfeltet ændrer sig nær en spole, induceres en spænding i spolen, og der genereres en elektrisk strøm. Denne strøm har et magnetfelt, så de to magnetfelter kan interagere med hinanden. Nogle elektriske motorer udnytter dette fænomen.

Der er to hovedtyper af elektriske motorer: Jævnstrøm (DC) og vekselstrøm (AC) motorer. Som navnet antyder, drives DC-motorer af jævnstrøm, deres stator er en permanent magnet, og deres rotor er en elektromagnet. Strømmen påføres den roterende spole via kulbørster og en kommutator. Som et resultat af at den elektriske strøm tilføres til spolen, så bliver spolen en magnet. Den vender for at justere sig med den permanente magnets polaritet. Imidlertid skal polariteten af ​​den elektriske strøm i kommutatoren omdannes, inden den vendes i den rigtige retning. Følgelig fortsætter spolen med at rotere mod den modsatte pol, og det er sådan, den fortsætter med at rotere.

Den anden hovedtype af elektriske motorer er vekselstrømsmotorer, der omfatter synkrone og asynkrone motorer. I synkronmotorer forbindes vekselstrøm, som ændrer retning periodisk, til rotoren. En sådan strøm kan opnås enten fra elnettet eller elektronisk. Et simpelt elektronisk kredsløb sikrer, at den elektriske strøm ikke veksler i samme fase i statorens spoler, hvilket frembringer et roterende magnetfelt. I disse motorer forsøger rotorens magnet at følge statorens roterende magnetfelt, så det roterer med det. Synkronmotorer kan kun fungere med en hastighed, der svarer til frekvensen af ​​den elektriske strøm, der driver dem. Hvis der pludselig lægges for meget belastning på motoren, falder rotoren og statorstolperne ud af synkronisering, og motoren stopper. Da moderne elektriske køretøjers vekselstrøm genereres fra jævnstrøm med et elektronisk kredsløb, kan disse motorer betragtes som DC-motorer. De kaldes også børsteløse DC-motorer eller BLDC-motorer.

Drift princippet af asynkrone motorer er baseret på induktion fænomenet. Asynkrone motorer består også af en stator og en rotor. Rotoren kan være en simpel metalcylinder, indeholder normalt også en spole. Det vil sige en, der ikke modtager strøm fra en ekstern kilde. Vekselstrømmen går ikke i samme fase i statorens spoler, hvilket inducerer et roterende magnetfelt omkring spolerne.
Dette roterende magnetfelt inducerer en elektrisk strøm i rotoren.
Den inducerede elektriske strøm genererer et andet magnetfelt omkring rotoren. De to magnetfelter interagerer med hinanden, så rotoren forsøger at justere sig med det eksterne magnetfelt. Men da magnetfeltet roterer, kan rotoren aldrig komme frem til det, så den drejer konstant. Betjeningen af ​​asynkronmotorer er mindre kompliceret end synkronmotorer, da de ikke stopper, når belastningen øges.

Begge vekselstrømsmotorer har lineære versioner kendt som LIM (Lineær Induktionsmotor) og LSM (Lineær Synkron Motor). Betjeningen af disse motorer fører ikke til rotationsbevægelse, men til bevægelse i en lige linje. Deres driftsprincip er det samme som rotationsmotorer, bortset fra at både rotoren og statoren er justeret langs en retlinie.

Step motorer er meget nyttige i enheder, hvor det er nødvendigt at kende den nøjagtige vinkel (eller trin), hvormed motoren roterer som følge af en vis strøm. Sådanne motorer bevæger roboternes arme eller komponenterne i fotokopimaskiner og printere. Rotoren på step motorer består af permanente magneter, mens statoren består af elektromagneter. Statorens elektromagneter får levere strøm separat af styreelektronikken i henhold til den ønskede vinkel.

Relaterede ekstramaterialer

Generatorer og elmotorer

Mens generatorer konverterer mekanisk energi til elektrisk energi, konverterer elmotorer elektrisk energi til mekanisk energi.

Generering af vekselstrøm

Elektrisk strøm kan genereres ved at dreje en armatursløjfe i et magnetfelt.

Jævnstrøm motor

DC motorer består af en permanent magnet og en spole i magneten, med elektrisk strøm der strømmer i den.

Elektrisk klokke

Mekanisk klokke, der fungerer ved hjælp af en elektromagnet.

Kondensatorer

Kondensatorer opbevarer elektrisk energi i form af elektrisk opladning.

Dynamo (mellemniveau)

En dynamo konverterer mekanisk energi til jævnstrøm.

Magnetron

One of the most important components of the microwave oven is the magnetron, which produces the microwaves.

Nikola Teslas laboratorium (Shoreham, USA)

Denne fysiker-opfinder og elektroingeniør, der hovedsagelig beskæftiger sig med elektroteknikken, var utvivlsomt en af ​​de mest strålende figurer i den...

Transformer

En transformer er en enhed, der bruges til at konvertere spændingen af ​​elektrisk strøm.

Elektrisk bil

Tesla Model S er en af ​​de første kommercielt tilgængelige elbiler.

Hvordan virker det? - Hårtørrer

Denne animation demonstrerer opbygningen og driften af ​​hårtørrere.

Hvordan virker det? - Laserprintere

Animationen demonstrerer, hvordan laserprintere virker

Maglev Tog

Et af de mest moderne transportmidler er Maglev, der er i stand til at køre med hastigheder på over 400 km / t.

Miljøvenlige køretøjer

Ved at kombinere et konventionelt forbrændingsmotor fremdrivningssystem med et elektrisk fremdriftssystem reduceres udledningen.

Added to your cart.