اصل تبدیل انرژی در موتورهای الکتریکی

اصل تبدیل انرژی یک موتور الکتریکی به مکانیسم اصلی آن برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی اشاره دارد که بر اساس قوانین القای الکترومغناطیسی و نیروی الکترومغناطیسی (قانون آمپر) است.

به طور خاص، موتور از طریق برهمکنش الکترومغناطیسی بین استاتور و روتور به تبدیل انرژی می‌پردازد: سیم‌پیچ استاتور پس از انرژی‌دهی، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با جریان موجود در هادی روتور برای تولید نیروی الکترومغناطیسی (نیروی لورنتز) در تعامل است، در نتیجه گشتاوری را تشکیل می‌دهد که روتور را به چرخش سوق می‌دهد، و انرژی الکتریکی را در نهایت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

 

اصل اساسی تبدیل انرژی در موتورهای الکتریکی

القای الکترومغناطیسی و نیروی الکترومغناطیسی: هنگامی که جریان از هادی موتور (مانند سیم پیچ استاتور) عبور می کند، میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می شود. میدان مغناطیسی با جریان روتور برهمکنش دارد و طبق قانون نیروی آمپر، هادی تحت نیرویی قرار می گیرد که باعث چرخش روتور می شود.

مسیر تبدیل انرژی: پس از ورود انرژی الکتریکی به موتور، از طریق القای الکترومغناطیسی و نیروی الکترومغناطیسی به حرکت چرخشی روتور (انرژی مکانیکی) تبدیل می‌شود که بار خارجی را به سمت کار هدایت می‌کند.

ساختار کلیدی: موتور عمدتا از یک استاتور (قطع ثابت، تولید میدان مغناطیسی) و یک روتور (قطع چرخان، جریان حامل) تشکیل شده است. برخی از موتورها همچنین دارای یک کموتاتور (موتور DC) یا مبدل فرکانس (موتور AC) برای حفظ گشتاور یک جهته هستند.

 

طبقه بندی و ویژگی های کاری موتورها

موتورهای الکتریکی را می توان با توجه به منابع انرژی به دو دسته موتورهای DC و موتورهای AC تقسیم کرد. در میان آنها، موتورهای AC به طور گسترده در سیستم های قدرت استفاده می شوند، از جمله موتورهای سنکرون و موتورهای ناهمزمان (موتورهای آسنکرون دارای سرعت روتور هستند که با سرعت میدان مغناطیسی استاتور هماهنگ نیستند).

6. میدان مغناطیسی دوار یک موتور AC توسط جریان های متعادل سه فازی که از سیم پیچ های استاتور با اختلاف فضایی 120 درجه عبور می کنند، ایجاد می شود.

در میان آنها (امگا{0}} \\ pi f) فرکانس زاویه‌ای، (f) فرکانس توان، (p) لگاریتم قطب‌ها و سرعت سنکرون (n0=60f/p) است.

7. سرعت روتور یک موتور ناهمزمان (n=(1-s) n0) همیشه از سرعت سنکرون عقب است و به دلیل ویژگی "ناهمزمان" آن یک قابلیت شروع نرم طبیعی به آن می دهد.

 

پیشینه تاریخی و کاربرد

اصل کار موتورهای الکتریکی از اثر مغناطیسی فعلی که توسط آستر در سال 1820 کشف شد نشات گرفت و سپس فارادی اولین دستگاه موتور الکتریکی را در سال 1821 اختراع کرد.

6. موتورهای مدرن به طور گسترده در صنایع، حمل و نقل و لوازم خانگی مورد استفاده قرار گرفته اند و راندمان تبدیل انرژی آنها به نوع، طراحی و شرایط استفاده بستگی دارد. به عنوان مثال، موتورهای AC معمولاً کارآمدتر از موتورهای DC هستند

1. با توسعه علم مواد و فناوری کنترل، موتورها به سمت چگالی توان و هوش بالاتر در حال تکامل هستند

موتور الکتریکی از اصل نیرویی استفاده می‌کند که بر یک رسانای برق‌دار در میدان مغناطیسی وارد می‌شود (که با اثر مغناطیسی جریان الکتریکی متفاوت است، و مطبوعات فعلی آموزش مردمی فیزیک کلاس نهم به وضوح این دو را از هم جدا می‌کنند). کشف این اصل توسط فیزیکدان دانمارکی اوستر، متولد 14 آگوست 1777، در خانواده ای داروساز در رودجوبین، جزیره لانگ لانگ انجام شد. در سال 1794 در دانشگاه کپنهاگ پذیرفته شد و در سال 1799 مدرک دکتری خود را گرفت. از سال 1801 تا 1803 از کشورهایی مانند آلمان و فرانسه دیدن کرد و با بسیاری از فیزیکدانان و شیمیدانان ملاقات کرد. از سال 1806 به عنوان استاد فیزیک در دانشگاه کپنهاگ خدمت کرد و از سال 1815 دبیر اجرایی انجمن سلطنتی دانمارک شد. در سال 1820، به دلیل کشف برجسته اثر مغناطیسی جریان الکتریکی، مدال کوپلی انجمن سلطنتی انگلستان را دریافت کرد.

از سال 1829، او به عنوان رئیس موسسه فناوری کپنهاگ خدمت کرده است. او در 9 مارس 1851 در کپنهاگ درگذشت. او تحقیقات گسترده ای در فیزیک، شیمی و فلسفه انجام داده است. با توجه به تأثیر فلسفه کانت و فلسفه طبیعی شلینگ، من کاملاً معتقدم که نیروهای طبیعی می توانند به یکدیگر تبدیل شوند و مدتهاست که ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس را بررسی کرده ام. در آوریل 1820، سرانجام اثر جریان الکتریکی بر سوزن های مغناطیسی، یعنی اثر مغناطیسی جریان الکتریکی، کشف شد. در 21 ژوئیه همان سال، او یافته های خود را تحت عنوان "آزمایشی در مورد اثر تضاد الکتریکی بر سوزن های مغناطیسی" منتشر کرد. این مقاله کوتاه شوک بزرگی در جامعه فیزیک اروپا ایجاد کرد که منجر به ظهور تعداد زیادی از نتایج تجربی شد و در نتیجه میدان جدیدی از فیزیک - الکترومغناطیس را باز کرد.

طبقه بندی ساختاری

1، ساختار یک موتور ناهمزمان سه فاز از یک استاتور، روتور و سایر لوازم جانبی تشکیل شده است.

(1) استاتور (قسمت ثابت)

1. هسته آهنی استاتور

عملکرد: به عنوان بخشی از مدار مغناطیسی موتور و سیم پیچ استاتور روی آن قرار می گیرد.

ساخت و ساز: هسته استاتور به طور کلی با پانچ و لمینیت ورق های فولادی سیلیکونی با لایه های عایق بر روی سطح 0.35 تا 0.5 میلی متر ضخامت ساخته می شود. شکاف هایی با توزیع یکنواخت در دایره داخلی هسته برای تعبیه سیم پیچ استاتور وجود دارد.

انواع مختلفی از انواع اسلات هسته استاتور وجود دارد:

شیار نیمه بسته: راندمان و ضریب قدرت موتور بالا است، اما تعبیه سیم پیچ و عایق کاری دشوار است. معمولاً در موتورهای کوچک{1} ولتاژ پایین استفاده می شود.

شکاف نیمه باز: قابلیت تعبیه سیم پیچ های قالب گیری شده را دارد که معمولاً برای موتورهای ولتاژ پایین-در اندازه بزرگ و متوسط ​​استفاده می شود. سیم‌پیچ شکل‌گرفته شده به سیم‌پیچی گفته می‌شود که می‌توان آن را قبل از قرار دادن در شکاف عایق کرد.

شکاف باز: برای تعبیه سیم‌پیچ‌های قالب‌گیری شده، با روش عایق‌بندی راحت، که عمدتاً در موتورهای ولتاژ{0} بالا استفاده می‌شود.

 

2. سیم پیچی استاتور

عملکرد: بخش مدار موتور الکتریکی است که با برق AC سه فاز برای تولید یک میدان مغناطیسی دوار تامین می شود.

ساختار: از سه سیم پیچ یکسان تشکیل شده است که به طور متقارن با زاویه الکتریکی 120 درجه در فضا مرتب شده اند، هر سیم پیچ از این سیم پیچ ها با الگوی خاصی در هر شکاف استاتور تعبیه شده است.

سه مورد اصلی عایق برای سیم‌پیچ‌های استاتور وجود دارد: (اطمینان از عایق مطمئن بین قسمت‌های رسانای سیم‌پیچ و هسته آهنی، و همچنین عایق مطمئن بین خود سیم‌پیچ‌ها).

⑴ عایق زمین: عایق بین کل سیم پیچ استاتور و هسته استاتور.

⑵ عایق بین فازی: عایق بین سیم پیچ های استاتور هر فاز.

⑶ عایق interturn: عایق بین پیچ های هر سیم پیچ استاتور هر فاز.

سیم کشی داخل جعبه اتصال موتور:

یک بلوک ترمینال در داخل جعبه اتصال موتور وجود دارد، و شش انتهای سیم پیچ -سه فاز در دو ردیف قرار گرفته‌اند که ردیف بالایی از سه پایه پایانه از چپ به راست با شماره‌های 1 (U1)، 2 (V1) و 3 (W1) و ردیف پایینی از سه پایه پایانه از چپ به راست مرتب شده‌اند. سیم پیچ سه فاز{14}را در یک اتصال ستاره یا مثلث وصل کنید. تمامی مراحل ساخت و نگهداری باید بر اساس این شماره سریال تنظیم شوند.

 

3.پایه ماشین

عملکرد: هسته استاتور و درپوش های انتهایی جلو و عقب را برای پشتیبانی از روتور ثابت کنید و محافظت، اتلاف گرما و سایر عملکردها را فراهم کنید.

ساخت: پایه معمولاً از چدن ساخته می شود. پایه موتورهای ناهمزمان بزرگ معمولاً با صفحات فولادی جوش داده می شود، در حالی که پایه موتورهای میکرو از آلومینیوم ریخته گری ساخته شده است. موتور محصور دارای دنده های اتلاف گرما در قسمت بیرونی پایه برای افزایش ناحیه اتلاف گرما است، در حالی که موتور محافظ دارای سوراخ های تهویه در دو سر پوشش پایه است تا امکان انتقال مستقیم هوا در داخل و خارج موتور را فراهم کند و اتلاف گرما را تسهیل می کند.