Jak funguje elektromotor? • UnitMC

Elektromotor je univerzální zařízení používané nejen v různých průmyslových odvětvích, ale i v dalších oblastech důležitých pro člověka. Zde jsou některé příklady: obráběcí stroje a zdvihací zařízení, stavební stroje a mechanismy, silniční a železniční doprava, zdravotnické vybavení, gastronomická zařízení, high-tech zařízení a vybavení, ventilační a chladicí jednotky, domácí spotřebiče, mobilní dětské hračky. Elektromotor přeměňuje elektrickou energii na energii mechanického pohybu. Konstrukce elektromotoru je podobná jako u elektrického generátoru. Zahrnuje stator a rotor, které jsou zodpovědné za rotaci elektrického stroje. Existují také motory schopné lineárního pohybu. Říká se jim lineární motory. V tomto článku budeme hovořit o vzniku a vývoji moderních elektromotorů, podrobně zvážíme typy a vlastnosti jejich konstrukce, výhody a nevýhody. Probereme také typ mechanismu, který je relevantní pro moderní průmyslovou výrobu – servomotor, a jeho odlišnosti od elektromotoru.

Historie vývoje

První elektromotor byl elektrostatický. Jeho tvůrcem byl v roce 1748 Benjamin Franklin. Rotor motoru byl ozubený kotouč, na zuby působily impulsní síly odpuzování a přitažlivosti, v důsledku čehož kotouč mohl dělat 12-15 otáček za minutu. První elektromagnetický motor se objevil v roce 1821. Bylo to zařízení, kde se vodič s proudem otáčel kolem magnetu (při práci) a samotný tyčový magnet se mohl otáčet kolem vodiče. Takové zařízení představil Michael Faraday. Dále je historie vývoje elektromotorů spojena s vynálezem prvního oscilačního motoru. Lze jej připojit k pracovnímu stroji. Tvůrcem takového motoru byl učitel matematiky v USA Joseph Henry. V roce 1834 se objevil rotační elektromotor. Moritz Hermann Jacob, stavební inženýr z východního Pruska, vytvořil 6-pólový motor se statorem a rotorem vyrobeným ze 8 elektromagnetů ve tvaru podkovy. Zařízení dělalo 4. 80 otáček/minutu a napájelo ho z 120V baterie. Právě tento motor vzbudil v Rusku pozornost. Elektromotory se začaly široce používat až po roce 6, kdy byl vynalezen generátor stejnosměrného proudu s vlastním buzením. Dříve nebyly napájecí zdroje ekonomicky efektivní. První výzkum využití asynchronních motorů začal v Německu, ve společnosti AEG, současně s vývojem vícefázových střídavých systémů. Patentová přihláška na indukční motor s veverkou klecí byla podána v roce 1866, což znamenalo začátek širokého použití střídavých motorů. Od té doby našly asynchronní motory uplatnění jak ve stacionárních instalacích, tak v různých vozidlech. Vzhled a vývoj těchto motorů byl skutečným průlomem v průmyslové automatizaci a IM je právem považován za hlavní hnací sílu moderního průmyslu.

Od teoretických základů k průmyslové revoluci: historie indukčního motoru s kotvou nakrátko

Historie asynchronního motoru s klecovou klecí je úzce spjata se jménem Nikoly Tesly. Byl to on, kdo formuloval teoretické základy AD. V roce 1887 si Tesla při práci na problémech se střídavým proudem uvědomil, že střídavý proud lze využít nejen k přenosu energie, ale také k vytvoření rotujícího magnetického pole. To byl rozhodující průlom, který umožnil vývoj asynchronního motoru. Myšlenkou bylo vytvořit stator (stacionární část) s vinutími, kterými protéká střídavý proud a vytváří rotující magnetické pole. Uvnitř statoru byl rotor, obvykle zkratovaný válec vyrobený z elektricky vodivého materiálu, jako je hliník. Jednoduché rotující magnetické pole však nezaručovalo rotaci rotoru. Tesla čelil problému efektivního přenosu točivého momentu ze statoru na rotor. Řešení bylo nalezeno v použití rotoru nakrátko, který po umístění do střídavého magnetického pole statoru v sobě induktivně indukoval proudy. Tyto proudy zase interagovaly s magnetickým polem statoru a vytvářely sílu, která způsobila rotaci rotoru. Je důležité poznamenat, že vytvoření indukčního motoru s veverkovou klecí nebylo jen náhodným vynálezem. Tesla vytrvale experimentoval, aby vylepšil svůj koncept, a jeho práce připravila cestu pro nové technologie. Efektivita a jednoduchost konstrukce takového motoru jej učinily v průmyslu mimořádně oblíbeným. Díky své praktičnosti, hospodárnosti a všestrannosti se indukční motor s kotvou nakrátko stal klíčovou součástí průmyslových systémů. Jeho schopnost zvládnout střídavý proud a relativní jednoduchost jeho konstrukce z něj činí nepostradatelný v různých aplikacích, od domácích spotřebičů až po složité průmyslové instalace.

Elektromotor: typy, zařízení, vlastnosti

Dnes je ze všech typů elektromotorů nejběžnější třífázový asynchronní motor. Jeho základem je vinutí rotoru – systém masivních hliníkových nebo měděných tyčí, které jsou uloženy paralelně v drážkách. Jejich konce jsou spojeny pomocí kroužků nakrátko. Kvůli své struktuře se vinutí také nazývá klec pro veverky. Pokud je při práci použit hliník, konstrukce je vytvořena pod tlakem litím. Magnetické pole statoru se otáčí a tím indukuje proud ve vinutí rotoru. Proud interaguje s magnetickým polem a rotor se začne otáčet. V tomto případě je rychlost otáčení rotoru nižší než rychlost magnetického pole. Právě tento rozdíl ve fyzice se nazývá skluz. Velikost skluzu může být 3-5% a tvoří se v závislosti na zatížení motoru. Pokud je potřeba regulovat otáčky postupně, tak se používá statorové vinutí, kde je možné přepínat počet pólů. Přesně tak fungují 2-, 3-, 4-asynchronní motory. Aby bylo možné plynule regulovat otáčky, je motor přiváděn přes frekvenční měnič. Pokud je nutné regulovat otáčky asynchronního motoru pod jmenovité otáčky, lze jako náhradu za motor s kotvou nakrátko použít motor s vinutým rotorem. Vinutí rotoru je také vyrobeno ve třech fázích. Vinutí rotoru je připojeno k regulačnímu reostatu pomocí sběracích kroužků, v důsledku čehož se energie spotřebovaná motorem stává teplem. Dnes se však tato metoda používá velmi zřídka, protože je založena na snížení účinnosti. Asynchronní motor s kotvou nakrátko je kompaktní a zároveň vysoce spolehlivý. Oproti spalovacím motorům má delší životnost. Také spalovací motor je lepší než asynchronní motor co do hmotnosti a velikosti. V tomto případě je výkon obou zařízení stejný. Výkon motorů se pohybuje mezi několika desítkami wattů a desítkami megawattů. Pokud má motor nízký výkon, pak může být jednofázový. Synchronní Elektromotory svou strukturou připomínají synchronní generátory. Mají konstantní frekvenci sítě a při jakémkoli zatížení se točí nastavenou rychlostí. Oproti asynchronním motorům neabsorbují jalovou energii ze sítě, ale naopak ji do sítě dodávají, čímž pokrývají spotřebu energie ostatních přijímačů. Kupující však musí vzít na vědomí, že synchronní motory nelze použít v případech častých startů. Jsou vhodné pro stabilní mechanické zatížení a konstantní otáčky. Pokud potřebujete plynule regulovat otáčky, můžete použít motory постоянного тока. Pro regulaci mění polovodičová zařízení proud kotvy nebo mění napájecí napětí. Stejnosměrné motory však nejsou příliš oblíbené. To je způsobeno vysokými náklady, působivou velikostí a dodatečnými ztrátami, které vznikají během regulačního procesu. Je také možné použít stepper motory. Pracují na základě výskytu napěťových impulsů. Každý impuls otočí rotor motoru pod určitým úhlem. Taková zařízení lze vidět na nízkorychlostních mechanismech, které vyžadují přesné polohování. Existují motory, které jsou schopny udělat jednu otáčku za den nebo například za rok. Pro lineární pohyb použijte lineární motory, resp. To je způsobeno tím, že u tohoto typu pohybu je nemožná transformace rotace do lineárního schématu. Nejčastěji se používají asynchronní lineární motory, ale možné jsou i krokové a synchronní motory.

Připojení motoru

Třífázové elektromotory se vyznačují nejvyšší provozní účinností. Magnetické pole začne rotovat ve statoru po připojení k síti 380V. Tento proces se provádí bez použití spouštěcích zařízení. Elektromotor můžete připojit k sítím 380V pomocí dvou obvodů, nazývaných hvězda a trojúhelník. Hvězdicové zapojení zajišťuje plynulý start, ale maximálního výkonu elektromotoru není dosaženo. Plné pasové síly je dosaženo spojením do trojúhelníku. Vysoký spouštěcí proud však může poškodit izolaci. Pro spouštění výkonných motorů se používá kombinovaný obvod hvězda-trojúhelník. Třífázový motor lze také připojit k jednofázové síti, ale to vyžaduje kondenzátor. Samozřejmě při připojení třífázového motoru do sítě 220V může účinnost klesnout až o 50%. Někdy je to však prostě nutné. Kondenzátor v tomto procesu provádí fázový posun a zrychlení. Aby spojení probíhalo bez problémů, musí se tlačítko akcelerace držet, dokud se hřídel co nejvíce neroztočí. Napětí kondenzátoru by mělo být 1,5krát větší. V opačném případě může kondenzátor během zapínání nebo vypínání selhat.

Výhody a nevýhody

Elektromotory mají oproti spalovacím motorům samozřejmě řadu výhod. Patří mezi ně kompaktní rozměry v kombinaci s nízkou hmotností a cenou; Účinnost dosahující 95 %; dobrá ovladatelnost, která udržuje vysokou účinnost; spolehlivost a trvanlivost; nízká hladina hluku a vibrací; rychlý a snadný start; snadnost ovládání; elektromotor nespotřebovává palivo, což znamená, že je šetrnější k životnímu prostředí; snadno se připevní na jakékoli mechanismy a stroje. Problémy při používání elektromotoru mohou nastat, pokud je umístěn na mobilním nebo přenosném zařízení nebo ve vozidle. V takových případech je napájení napájeno přes ohebný kabel, trolejový drát nebo přípojnice, zdroje energie, jako jsou palivové články, baterie, motorgenerátory. Nevýhody tohoto schématu jsou, že rozsah a manévrovatelnost budou omezené. Proto jsou často preferovány spalovací motory.

Servomotory pro složitější automatizační a robotické systémy

Dnes se servomotory používají v automatizované výrobě, CNC strojích a robotice. Někdy jsou mylně řazeny jako samostatný typ motoru, ale jsou spíše součástí servomechanismu. Systém se skládá z motoru specifického pro aplikaci, snímače polohy a regulátoru. Servomotory jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích díky svým jedinečným vlastnostem. Tyto komponenty jsou žádané především u číslicově řízených strojů, robotů, automatických řídicích systémů a dalších zařízení, kde je vyžadována vysoká přesnost a rychlost provozu. Jednou z klíčových vlastností servomotorů je přítomnost snímače zpětné vazby. Tento snímač sleduje polohu hřídele motoru a předává informace o jeho stavu zpět do řídicího systému. To umožňuje přesné ovládání pohybu mechanismu a zajišťuje vysokou přesnost polohování. Kromě toho mají servomotory vysokou provozní rychlost. Jejich konstrukce jim umožňuje rychle zrychlovat a zpomalovat, takže jsou ideální pro aplikace, které vyžadují rychlé pohyby. Servomotory jsou také vysoce účinné. Spotřebovávají méně energie než běžné elektromotory, snižují náklady na energii a prodlužují životnost zařízení. Použití servomotorů v automatizované výrobě a robotice tak může zlepšit efektivitu a kvalitu výroby, snížit náklady na energii a prodloužit životnost zařízení. Podívali jsme se na princip fungování elektromotoru, jeho typy a vlastnosti a také na využití servomotorů v průmyslu. Elektromotory hrají v našem životě důležitou roli, zajišťují chod mnoha zařízení a mechanismů. Pochopení toho, jak fungují, nám pomůže lépe využít jejich potenciál a vyvinout nové, efektivnější modely.