Zasada przemiany energii w silnikach elektrycznych

Zasada konwersji energii w silniku elektrycznym odnosi się do jego podstawowego mechanizmu przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną, który opiera się na prawach indukcji elektromagnetycznej i siły elektromagnetycznej (prawo Ampera).

W szczególności silnik uzyskuje konwersję energii poprzez interakcję elektromagnetyczną między stojanem a wirnikiem: uzwojenie stojana generuje po zasileniu pole magnetyczne, które oddziałuje z prądem w przewodzie wirnika, wytwarzając siłę elektromagnetyczną (siła Lorentza), tworząc w ten sposób moment obrotowy, który napędza wirnik do obrotu i ostatecznie przekształcając wejściową energię elektryczną w mechaniczną energię kinetyczną

 

Podstawowa zasada konwersji energii w silnikach elektrycznych

Indukcja elektromagnetyczna i siła elektromagnetyczna: Kiedy prąd przepływa przez przewodnik silnika (taki jak uzwojenie stojana), wokół niego generowane jest pole magnetyczne; Pole magnetyczne oddziałuje z prądem w wirniku i zgodnie z prawem siły Ampera na przewodnik działa siła, która powoduje obrót wirnika

Ścieżka konwersji energii: Po wprowadzeniu energii elektrycznej do silnika, zostaje ona zamieniona na ruch obrotowy wirnika (energia mechaniczna) poprzez indukcję elektromagnetyczną i siłę elektromagnetyczną, która napędza obciążenie zewnętrzne do pracy

Kluczowa struktura: Silnik składa się głównie ze stojana (część stała, wytwarzająca pole magnetyczne) i wirnika (część wirująca, przenosząca prąd). Niektóre silniki zawierają również komutator (silnik prądu stałego) lub przetwornicę częstotliwości (silnik prądu przemiennego) w celu utrzymania jednokierunkowego momentu obrotowego.

 

Klasyfikacja i charakterystyka pracy silników

Silniki elektryczne można podzielić na silniki prądu stałego i silniki prądu przemiennego ze względu na ich źródła zasilania. Wśród nich coraz szerzej stosowane są silniki prądu przemiennego, w tym silniki synchroniczne i asynchroniczne (silniki asynchroniczne mają prędkości obrotowe wirnika, które nie są zsynchronizowane z prędkościami pola magnetycznego stojana).

6. Wirujące pole magnetyczne silnika prądu przemiennego jest generowane przez trój-zrównoważone prądy fazowe przepływające przez uzwojenia stojana z różnicą przestrzenną 120 stopni,

Wśród nich (omega=2 \\ pi f) to częstotliwość kątowa, (f) to częstotliwość mocy, (p) to logarytm biegunów i prędkość synchroniczna (n0=60f/p)

7. Prędkość wirnika silnika asynchronicznego (n=(1- s) n0) zawsze pozostaje w tyle za prędkością synchroniczną, zapewniając mu naturalną zdolność łagodnego rozruchu dzięki jego charakterystyce „asynchronicznej”

 

Tło historyczne i zastosowanie

Zasada działania silników elektrycznych wywodzi się z obecnego efektu magnetycznego odkrytego przez Austera w 1820 r., a następnie w 1821 r. Faraday wynalazł pierwsze urządzenie z silnikiem elektrycznym

6. Nowoczesne silniki są szeroko stosowane w przemyśle, transporcie i sprzęcie gospodarstwa domowego, a ich sprawność konwersji energii zależy od rodzaju, konstrukcji i warunków użytkowania. Na przykład silniki prądu przemiennego są zwykle bardziej wydajne niż silniki prądu stałego

1. Wraz z rozwojem inżynierii materiałowej i technologii sterowania silniki ewoluują w kierunku wyższej gęstości mocy i inteligencji

Silnik elektryczny wykorzystuje zasadę działania siły działającej na naelektryzowany przewodnik w polu magnetycznym (która różni się od magnetycznego działania prądu elektrycznego, a fizyka obecnej klasy dziewiątej w People's Education Press wyraźnie oddziela te dwa zjawiska). Odkrycia tej zasady dokonał duński fizyk Oster, urodzony 14 sierpnia 1777 roku w rodzinie farmaceutów w Rudjobin na wyspie Langlong. W 1794 został przyjęty na Uniwersytet w Kopenhadze i uzyskał stopień doktora w 1799. W latach 1801-1803 odwiedził takie kraje jak Niemcy i Francję i spotkał się z wieloma fizykami i chemikami. Od 1806 roku był profesorem fizyki na Uniwersytecie w Kopenhadze, a od 1815 roku został sekretarzem wykonawczym Królewskiego Towarzystwa Duńskiego. W 1820 roku został odznaczony Medalem Copleya Królewskiego Towarzystwa Anglii za wybitne odkrycie efektu magnetycznego prądu elektrycznego.

Od 1829 roku pełnił funkcję dziekana Kopenhaskiego Instytutu Technologicznego. Zmarł 9 marca 1851 w Kopenhadze. Prowadził szeroko zakrojone badania z zakresu fizyki, chemii i filozofii. Pod wpływem filozofii Kanta i filozofii przyrody Schellinga mocno wierzę, że siły przyrody mogą się wzajemnie przekształcać, i od dawna badam związek między elektrycznością i magnetyzmem. W kwietniu 1820 roku odkryto wreszcie wpływ prądu elektrycznego na igły magnetyczne, a mianowicie magnetyczne działanie prądu elektrycznego. 21 lipca tego samego roku opublikował swoje ustalenia pod tytułem „Eksperyment nad wpływem konfliktu elektrycznego na igły magnetyczne”. Ta krótka praca wywołała wielki szok w europejskiej społeczności fizyków, prowadząc do pojawienia się dużej liczby wyników eksperymentalnych i tym samym otwierając nową dziedzinę fizyki - elektromagnetyzmu.

Klasyfikacja strukturalna

1. Konstrukcja trójfazowego silnika asynchronicznego- składa się ze stojana, wirnika i innych akcesoriów.

(1) Stojan (część stacjonarna)

1. Żelazny rdzeń stojana

Funkcja: Jako część obwodu magnetycznego silnika i na którym umieszczone jest uzwojenie stojana.

Konstrukcja: Rdzeń stojana jest zwykle wytwarzany przez wykrawanie i laminowanie arkuszy stali krzemowej z warstwami izolacyjnymi na powierzchni o grubości 0,35 ~ 0,5 milimetra. W wewnętrznym okręgu rdzenia znajdują się równomiernie rozmieszczone szczeliny służące do osadzenia uzwojenia stojana.

Istnieje kilka typów szczelin rdzenia stojana:

Półzamknięta szczelina: Sprawność i współczynnik mocy silnika są wysokie, ale osadzenie uzwojenia i izolacja są trudne. Zwykle stosowany w małych silnikach-niskiego napięcia.

Półotwarta szczelina: możliwość osadzenia uformowanych uzwojeń, zwykle stosowana w dużych i średnich-silnikach-niskiego napięcia. Tak-tzw. uzwojenie formowane odnosi się do uzwojenia, które można zaizolować przed umieszczeniem w szczelinie.

Otwarta szczelina: używana do osadzania formowanych uzwojeń, z wygodną metodą izolacji, stosowana głównie w silnikach-wysokonapięciowego.

 

2. Uzwojenie stojana

Funkcja: jest to część obwodu silnika elektrycznego, który jest zasilany-trójfazowym prądem przemiennym w celu wytworzenia wirującego pola magnetycznego.

Konstrukcja: Składa się z trzech identycznych uzwojeń rozmieszczonych symetrycznie pod kątem elektrycznym 120 stopni w przestrzeni, każda cewka tych uzwojeń jest osadzona według określonego wzoru w każdej szczelinie stojana.

Istnieją trzy główne elementy izolacji uzwojeń stojana: (zapewniające niezawodną izolację między przewodzącymi częściami uzwojenia a żelaznym rdzeniem, a także niezawodną izolację między samymi uzwojeniami).

⑴ Izolacja uziemienia: Izolacja pomiędzy całym uzwojeniem stojana a rdzeniem stojana.

⑵ Izolacja międzyfazowa: Izolacja pomiędzy uzwojeniami stojana każdej fazy.

⑶ Izolacja międzyzwojowa: Izolacja pomiędzy zwojami każdego uzwojenia stojana każdej fazy.

Okablowanie wewnątrz skrzynki przyłączeniowej silnika:

Wewnątrz skrzynki przyłączeniowej silnika znajduje się listwa zaciskowa, a sześć końcówek przewodów trójfazowego uzwojenia-ułożonych jest w dwóch rzędach, przy czym górny rząd trzech słupków zaciskowych jest rozmieszczonych od lewej do prawej, oznaczonych numerami 1 (U1), 2 (V1) i 3 (W1), a dolny rząd trzech słupków zaciskowych rozmieszczonych od lewej do prawej, o numerach 6 (W2), 4 (U2) i 5 (V2). Podłącz uzwojenie trójfazowe-w gwiazdę lub trójkąt. Całość produkcji i konserwacji powinna być zorganizowana zgodnie z tym numerem seryjnym.

 

3.Podstawa maszyny

Funkcja: Zamocuj rdzeń stojana oraz przednią i tylną zaślepkę, aby podeprzeć wirnik i zapewnić ochronę, odprowadzanie ciepła i inne funkcje.

Konstrukcja: Podstawa jest zwykle wykonana z żeliwa. Podstawa dużych silników asynchronicznych jest zwykle spawana z płyt stalowych, natomiast podstawa mikrosilników jest wykonana z odlewu aluminiowego. Zamknięty silnik ma żebra rozpraszające ciepło na zewnątrz podstawy, aby zwiększyć obszar rozpraszania ciepła, podczas gdy silnik ochronny ma otwory wentylacyjne na obu końcach pokrywy podstawy, aby umożliwić bezpośrednią konwekcję powietrza wewnątrz i na zewnątrz silnika, ułatwiając odprowadzanie ciepła.