Prinsip operasi dan perangkat motor listrik

Motor listrik apa pun dirancang untuk melakukan pekerjaan mekanis karena konsumsi listrik yang diterapkan padanya, yang biasanya diubah menjadi gerakan berputar. Meski dalam teknologi ada model yang langsung membuat gerakan translasi benda kerja. Ini disebut motor linier.

Dalam instalasi industri, motor listrik menggerakkan berbagai mesin pemotong logam dan perangkat mekanis yang terlibat dalam proses produksi teknologi.

Di dalam peralatan rumah tangga, motor listrik menjalankan mesin cuci, penyedot debu, komputer, pengering rambut, mainan anak-anak, jam, dan banyak perangkat lainnya.

Proses fisik dasar dan prinsip tindakan

Saat bergerak ke dalam Medan gaya muatan listrik, yang disebut arus listrik, selalu memiliki gaya mekanik yang cenderung membelokkan arahnya pada bidang yang tegak lurus dengan orientasi garis medan magnet.Ketika arus listrik melewati kawat logam atau kumparan yang terbuat dari itu, gaya ini cenderung menggerakkan / memutar setiap kawat pembawa arus dan seluruh kumparan secara keseluruhan.

Foto di bawah ini menunjukkan bingkai logam dengan arus mengalir melaluinya. Medan magnet yang diterapkan padanya menciptakan gaya F untuk setiap cabang bingkai, yang menciptakan gerakan rotasi.

Properti interaksi energi listrik dan magnet ini, berdasarkan penciptaan gaya gerak listrik dalam loop konduktor tertutup, dioperasikan pada setiap motor listrik. Desainnya meliputi:

• sebuah kumparan yang dialiri arus listrik. Itu ditempatkan pada inti jangkar khusus dan dipasang pada bantalan putar untuk mengurangi resistensi terhadap gaya gesekan. Desain ini disebut rotor;

• stator, yang menciptakan medan magnet, yang dengan garis gayanya menembus muatan listrik yang melewati belitan rotor;

• perumahan untuk menempatkan stator. Di dalam bodi, dibuat jok khusus, di dalamnya dipasang sangkar luar bantalan rotor.

Desain sederhana dari motor listrik paling sederhana dapat diwakili oleh gambar dari bentuk berikut.

Ketika rotor berputar, torsi dihasilkan, yang kekuatannya bergantung pada desain umum perangkat, jumlah energi listrik yang diterapkan, dan kerugiannya selama konversi.

Besarnya tenaga torsi maksimum yang mungkin dari motor selalu lebih kecil dari energi listrik yang diterapkan padanya. Hal ini ditandai dengan nilai efisiensi.

Jenis motor listrik

Menurut jenis arus yang mengalir melalui kumparan, mereka dibagi menjadi motor DC atau AC.Masing-masing dari kedua kelompok ini memiliki banyak modifikasi menggunakan proses teknologi yang berbeda.

motor DC

Mereka memiliki medan magnet stator yang dibuat oleh stasioner tetap magnet permanen atau elektromagnet khusus dengan kumparan eksitasi. Kumparan angker dipasang dengan kuat di poros, yang dipasang di bantalan dan dapat berputar bebas di sekitar porosnya sendiri.

Struktur dasar mesin seperti itu ditunjukkan pada gambar.

Pada inti angker, terbuat dari bahan feromagnetik, terdapat kumparan yang terdiri dari dua bagian yang terhubung seri, yang dihubungkan ke pelat pengumpul konduktor di satu ujung dan dihubungkan satu sama lain di ujung lainnya. Dua sikat grafit terletak di ujung angker yang berlawanan secara diametris dan ditekan ke bantalan kontak pelat pengumpul.

Potensi sumber DC positif diterapkan ke sikat pola yang lebih rendah dan potensi negatif ke yang di atas. Arah arus yang mengalir melalui koil ditunjukkan oleh panah merah putus-putus.

Arus menyebabkan medan magnet memiliki kutub utara di kiri bawah jangkar, dan kutub selatan di kanan atas jangkar (aturan gimbal). Hal ini menyebabkan tolakan kutub rotor dari kutub stasioner dengan nama yang sama dan tarikan ke kutub stator yang berlawanan. Sebagai akibat dari gaya yang diberikan, terjadi gerakan rotasi, yang arahnya ditunjukkan oleh panah berwarna coklat.

Dengan rotasi lebih lanjut dari angker dengan inersia, kutub dipindahkan ke pelat pengumpul lainnya. Arah arus di dalamnya dibalik. Rotor terus berputar lebih jauh.

Desain sederhana dari perangkat kolektor semacam itu menyebabkan hilangnya energi listrik yang besar.Motor semacam itu bekerja pada perangkat dengan desain sederhana atau mainan untuk anak-anak.

Motor listrik arus searah yang terlibat dalam proses produksi memiliki desain yang lebih kompleks:

• koil dibagi bukan menjadi dua, tetapi menjadi beberapa bagian;

• setiap bagian kumparan dipasang pada tiangnya sendiri;

• perangkat kolektor dibuat dengan sejumlah bantalan kontak sesuai dengan jumlah belitan.

Hasilnya, koneksi yang mulus dari setiap kutub melalui pelat kontaknya ke sikat dan sumber arus tercipta dan kehilangan energi berkurang.

Perangkat jangkar seperti itu ditampilkan di foto.

Pada motor DC, arah putaran rotor dapat dibalik. Untuk melakukan ini, cukup mengubah pergerakan arus dalam koil ke arah sebaliknya dengan mengubah polaritas pada sumbernya.

motor AC

Mereka berbeda dari desain sebelumnya karena arus listrik yang mengalir di koilnya dijelaskan oleh hukum harmonik sinusoidalsecara berkala mengubah arahnya (tanda). Untuk menyalakannya, tegangan disuplai dari generator dengan tanda bolak-balik.

Stator motor semacam itu dilakukan oleh sirkuit magnetik. Itu terbuat dari pelat feromagnetik dengan alur di mana belitan koil ditempatkan dengan konfigurasi bingkai (koil).

Motor listrik sinkron

Foto di bawah ini menunjukkan prinsip pengoperasian motor AC fase tunggal dengan rotasi sinkron medan elektromagnetik rotor dan stator.

Dalam alur sirkuit magnetik stator pada ujung yang berlawanan secara diametris, kabel berliku ditempatkan, secara skematis ditunjukkan dalam bentuk bingkai tempat arus bolak-balik mengalir.

Mari kita pertimbangkan kasus momen dalam waktu yang sesuai dengan bagian positif dari setengah gelombangnya.

Dalam sel bantalan, rotor dengan magnet permanen bawaan berputar bebas, di mana «mulut N» utara dan «mulut S» selatan kutub ditentukan dengan jelas. Ketika arus setengah gelombang positif mengalir melalui belitan stator, medan magnet dengan kutub «S st» dan «N st» dibuat di dalamnya.

Gaya interaksi muncul antara medan magnet rotor dan stator (dengan kutub menolak dan tidak seperti kutub yang menarik) yang cenderung memutar armatur motor dari posisi mana pun ke posisi ekstrim ketika kutub yang berlawanan terletak sedekat mungkin satu sama lain. lain.

Jika kita mempertimbangkan kasus yang sama, tetapi untuk saat yang berlawanan - setengah gelombang negatif dari arus melewati kabel bingkai, maka rotasi angker akan terjadi dalam arah yang berlawanan.

Untuk memastikan pergerakan rotor yang berkelanjutan di stator, tidak dibuat satu rangka belitan, tetapi sejumlah tertentu, mengingat masing-masing ditenagai oleh sumber arus yang terpisah.

Prinsip kerja motor AC tiga fasa dengan putaran sinkron, medan elektromagnetik rotor dan stator ditunjukkan pada gambar berikut.

Dalam desain ini, tiga kumparan A, B dan C dipasang di dalam rangkaian magnet stator, diimbangi dengan sudut 120 derajat satu sama lain. Kumparan A ditandai kuning, B berwarna hijau, dan C berwarna merah. Setiap koil dibuat dengan rangka yang sama seperti pada kasing sebelumnya.

Dalam gambar, bagaimanapun, arus mengalir melalui hanya satu kumparan dalam arah maju atau mundur, yang ditandai dengan tanda «+» dan «-«.

Ketika setengah gelombang positif melewati fase A ke arah depan, sumbu medan rotor mengambil posisi horizontal, karena kutub magnet stator terbentuk di bidang ini dan menarik angker bergerak. Kutub yang berlawanan dari rotor cenderung mendekati kutub stator.

Ketika setengah gelombang positif masuk ke fase C, angker akan berputar 60 derajat searah jarum jam. Setelah arus diterapkan ke fase B, rotasi angker serupa akan terjadi. Setiap aliran arus berikutnya pada fase berikutnya dari belitan berikutnya akan memutar rotor.

Jika tegangan listrik tiga fase yang digeser dengan sudut 120 derajat diterapkan ke setiap belitan, arus bolak-balik akan bersirkulasi di dalamnya, yang akan memutar angker dan membuat rotasi sinkronnya dengan medan elektromagnetik yang diterapkan.

Desain mekanis yang sama berhasil digunakan dalam motor stepper tiga fase… Hanya di setiap belitan dengan kontrol pengontrol khusus (driver motor stepper) Pulsa konstan diterapkan dan dihapus sesuai dengan algoritma yang dijelaskan di atas.

Start-up mereka memulai gerakan rotasi, dan penghentiannya pada titik waktu tertentu memberikan rotasi poros yang terukur dan berhenti pada sudut yang diprogram untuk melakukan operasi teknologi tertentu.

Dalam kedua sistem tiga fase yang dijelaskan, dimungkinkan untuk mengubah arah rotasi armatur. Untuk melakukan ini, Anda hanya perlu mengubah urutan fase «A» — «B» — «C» ke yang lain, misalnya «A» — «C» — «B».

Kecepatan rotor diatur oleh panjang periode T. Pengurangannya menyebabkan percepatan rotasi.Besarnya amplitudo arus dalam fasa tergantung pada resistansi internal belitan dan nilai tegangan yang diterapkan padanya. Ini menentukan jumlah torsi dan daya motor listrik.

Motor asinkron

Desain motor ini memiliki sirkuit magnet stator yang sama dengan belitan seperti pada model fase tunggal dan tiga fase yang telah dibahas sebelumnya. Mereka mendapatkan namanya dari rotasi asinkron medan elektromagnetik angker dan stator. Hal ini dilakukan dengan memperbaiki konfigurasi rotor.

Intinya terbuat dari pelat baja listrik berlekuk. Mereka dilengkapi dengan konduktor arus aluminium atau tembaga, yang ditutup di ujung angker dengan cincin konduktif.

Ketika tegangan diterapkan ke belitan stator, arus listrik diinduksi dalam belitan rotor oleh gaya gerak listrik dan medan magnet angker dibuat. Saat medan elektromagnetik ini berinteraksi, poros motor mulai berputar.

Dengan desain ini, pergerakan rotor hanya dimungkinkan setelah terjadinya medan elektromagnetik yang berputar di stator, dan berlanjut dalam mode operasi asinkron dengannya.

Motor asinkron lebih sederhana dalam desain, oleh karena itu lebih murah dan banyak digunakan dalam instalasi industri dan peralatan rumah tangga.

Motor listrik tahan ledakan ABB

Motor linier

Banyak badan kerja mekanisme industri melakukan gerakan bolak-balik atau translasi dalam satu bidang, yang diperlukan untuk pengoperasian mesin pengerjaan logam, kendaraan, pukulan palu saat menggerakkan tumpukan ...

Memindahkan benda kerja seperti itu melalui kotak roda gigi, sekrup bola, penggerak sabuk, dan perangkat mekanis serupa dari motor listrik putar memperumit desain. Solusi teknis modern untuk masalah ini adalah pengoperasian motor listrik linier.

Stator dan rotornya memanjang dalam bentuk strip, bukannya digulung menjadi cincin, seperti pada motor listrik putar.

Prinsip operasinya adalah untuk memberikan gerakan linier bolak-balik ke rotor pelari karena transfer energi elektromagnetik dari stator stasioner dengan sirkuit magnetik terbuka dengan panjang tertentu. Medan magnet yang berfungsi dibuat di dalamnya dengan menyalakan arus secara berurutan.

Kerjanya pada belitan angker dengan kolektor. Gaya yang timbul pada motor seperti itu menggerakkan rotor hanya dalam arah linier di sepanjang elemen pemandu.

Motor linier dirancang untuk beroperasi pada arus searah atau arus bolak-balik dan dapat beroperasi dalam mode sinkron atau asinkron.

Kerugian dari motor linier adalah:

• kompleksitas teknologi;

• harga tinggi;

• efisiensi energi rendah.