Принцип работы электродвигателя переменного тока

Принцип действия электродвигателя: как он работает

Электрический двигатель представляет собой особый преобразователь. Это машина, где электрическая энергия преобразуется и переходит в механическую. Принцип действия двигателя основан на электромагнитной индукции. Есть к тому же и электростатические двигатели. Можно без особых дополнений использовать двигатели на других принципах преобразования электричества в перемещении. Но немногие знают, как устроен и как работает электродвигатель.

Принцип работы устройства
Работа трехфазного асинхронного двигателя
Современная классификация
Основные особенности
Агрегаты пульсирующего тока
Модификации переменного тока
Универсальное коллекторное оборудование

Как работает асинхронник?

Функционирует асинхронный электрический двигатель по законам электромагнитной индукции. ЭДС возникает в том случае, когда у магнитного поля обмоток статора и ротора разная скорость вращения. В случае, если эти параметры были бы одинаковы, электродвижущая сила не смогла бы сгенерироваться. Но так как на ротор воздействуют тормозящие факторы, например, трение и нагрузка со стороны подшипников, то всегда будут благоприятные условия для работы устройства.

Следовательно, запитана только одна обмотка на роторе. Подобные коллекторные электродвигатели переменного тока получили широкое распространение в бытовой технике. Например, в электроинструментах, стиральных машинах, двигателях привода компрессоров кондиционеров или холодильников.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться.

В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.

На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

По принципу работы:

Строение асинхронного однофазного двигателя

Итак, мы вами в первой части статьи разобрали общие понятия об однофазных двигателях, принципе их работы и подключении. Такой информации хватило бы для поверхностного изучения, но нас такой подход не совсем устраивает. Для любителей технических подробностей, давайте разберем теперь все детальнее.

Помимо этих элементов двигатели имеют следующие составляющие:

Особенности

Значение напряженности, которое должно быть у магнитного поля, чтобы произошло замыкание контактов.
Коммутируемый ток.
Значение напряженности, которым должно обладать магнитное поле, чтобы происходило размыкание контактов.
Максимальная мощность, что может быть коммутируемая герконом.
Значение электрического сопротивления, которое имеет зазор между сердечниками (интересует только разомкнутое состояние).
Напряжение, при котором возникает пробой геркона.
Сопротивление в контактной области, которое возникает во время замыкания сердечников.
Время, которое проходит между моментами влияния управляющего магнитного поля и замыканием электрической цепи.
Электрическая емкость, которая имеется между выводами геркона, когда он в разомкнутом состоянии.
Время, которое необходимо, чтобы после удаления эффекта магнитного поля произошло размыкание электрической цепи.
Коммутируемое напряжение.
Число срабатываний геркона, при котором основные его параметры будут оставаться в допустимых пределах.

Значение напряженности, которое должно быть у магнитного поля, чтобы произошло замыкание контактов.
Коммутируемый ток.
Значение напряженности, которым должно обладать магнитное поле, чтобы происходило размыкание контактов.
Максимальная мощность, что может быть коммутируемая герконом.
Значение электрического сопротивления, которое имеет зазор между сердечниками (интересует только разомкнутое состояние).
Напряжение, при котором возникает пробой геркона.
Сопротивление в контактной области, которое возникает во время замыкания сердечников.
Время, которое проходит между моментами влияния управляющего магнитного поля и замыканием электрической цепи.
Электрическая емкость, которая имеется между выводами геркона, когда он в разомкнутом состоянии.
Время, которое необходимо, чтобы после удаления эффекта магнитного поля произошло размыкание электрической цепи.
Коммутируемое напряжение.
Число срабатываний геркона, при котором основные его параметры будут оставаться в допустимых пределах.

Принцип работы герконового датчика

Принцип работы герконового датчика заключен во взаимодействии двух элементов: исполнительной и задающей. Задающая часть схемы работы геркона – это магнит, а исполнительная – сам геркон. Для замыкания контактной цепи геркона необходимо вокруг него создать магнитное поле. Как только магнитное поле исчезает, контакты герконового датчика перестают взаимодействовать.

Размыкающий геркон работает по несколько иной схеме: его магнитные элементы расположены таким образом, что при намагничивании контакты отталкиваются, осуществляя размыкание электрической цепи.

Схема работы переключающего геркона также имеет свои особенности: один из контактов системы сделан из немагнитного металла, а другие – из ферромагнитного. Таким образом, при магнитном воздействии на геркон, происходит замыкание ферромагнитных контактов, а немагнитные контакты размыкаются.

Встречаются разные типы датчиков для разных условий:

Для поверхностного монтажа на магнитопассивных конструкциях.
Для поверхностного монтажа на стальных конструкциях.
Для скрытого монтажа на магнитопассивных конструкциях.
Для скрытого монтажа на стальных конструкциях.

Различия здесь вполне оправданы, поскольку массивная стальная дверь, например, требует установки более мощного магнита, так как часть магнитного поля забирает на себя сталь. К тому же монтажные зазоры при установке должны быть увеличены, это связано с особенностями монтажа самой такой двери.

В то же время, монтаж на деревянную или ПВХ дверь или на окно не требует особых условностей, и датчик для них достаточно прост, он может быть прикручен шурупами или просто приклеен.

Скрытый монтаж, в свою очередь, позволяет вписать оборудование в интерьер, элементы такого датчика вставляются в отверстия, и надежно удерживаются там крепежными защелками для фиксации. Как видно, датчики для скрытого монтажа выглядят иначе, чем датчики для наружного монтажа.

Для поверхностного монтажа на магнитопассивных конструкциях.
Для поверхностного монтажа на стальных конструкциях.
Для скрытого монтажа на магнитопассивных конструкциях.
Для скрытого монтажа на стальных конструкциях.

Плюсы и минусы

Любая конструкция помимо преимуществ не лишена недостатков. Зная сильные и слабые стороны устройства можно найти оптимальную сферу для его применения. Давайте рассмотрим, в чем заключается преимущества герметичных коммутаторов, к таковым свойствам можно отнести:

Высокую надежность коммутации. Она практически на два порядка превышает этот показатель у открытых контактных групп. Это достигается за счет высокого сопротивления между разомкнутыми контактами (R_ИЗ), оно может исчисляться десятками МОм. Немаловажную роль играет и показатель электрической прочности (U_ПР), напряжение пробоя у некоторых моделей превышает 10 кВ.
Быстродействие также является неоспоримым преимуществом. Частота коммутации многих моделей приближается к 1 кГц. Что касается параметров, описывающих скорость коммутации, то они находятся в следующих диапазонах: t_cp — от 0,4 до 1,8 мс, t_отп – от 0,25 до 0,9 мс, что намного превышает подобные характеристики открытых контактных групп.
Долговечность, число срабатываний исчисляется миллиардами, ни одна открытая контактная группа даже близко не может приблизиться к этому рубежу.
Данный тип коммутаторов нетребователен к согласованию с нагрузкой.
Управление может производиться без использования электроэнергии.

Характерные недостатки:

Низкие показатели коммутируемой мощности.
Небольшое число контактов.
Дребезг при срабатывании (конструкции «мокрого» типа избавлены от этого недостатка).
Большие размеры для современной радиотехнической базы.
Недостаточная прочность стеклянной колбы.
Чувствительность к воздействию внешних магнитных полей.

Несмотря на явное преобладание положительных качеств, данные устройства постепенно вытесняются полупроводниковыми аналогами, такими как датчики Холла. Отсутствие дребезга, небольшие размеры и более высокая прочность сыграли решающую роль.

Обозначения:

Принцип работы

И когда мы знаем, что такое геркон, разберем принцип его работы. Ближайшей аналогией по отношению к нему можно считать выключатель, потому что его конструкция представляет следующее: реле из двух токопроводящих сердечников, которые расположены в герметичном пространстве с инертной средой. Последнее необходимо для избавления от окисления.

Непосредственное же замыкание производится посредством размещения вокруг колбы управляющей обмотки. В нее поступает постоянный ток и, после того как подается питание, обмотка создает магнитное поле. Оно же оказывает действие на сердечники, что в итоге приводит к замыканию — это полный принцип действия геркона.

Следовательно, что при отключении питания нивелируется магнитный поток, а контакты размыкаются. Так надежность геркона, благодаря которой это устройство до сих пор имеет популярность, обусловлена никелированным трением контактов. Помимо, отсутствие какого-либо воздействия в незамкнутом состоянии фактически дает возможность моментального замыкания при необходимости.

замыкающий: в таком типе есть один разомкнутый контакт;
переключающий: есть один контакт, отвечающий за переключение;
размыкающий: есть один замкнутый контакт.

Что такое герконовый датчик

Датчик геркон представляет собой прибор электромеханического типа. Он может размыкать и замыкать контакты при воздействии магнитного поля, создаваемого электрическим либо постоянным магнитом.

Расшифровка термина – герметичный контакт, что определяется его конструкцией. Прибор состоит из пары ферромагнитных пластинок, запаянных в капсулу из стекла. Резервуар заполняется инертным газом, азотом, иссушенным воздухом, имеет два выхода. Подобная колба предотвращает воздействие внешних факторов и повышает надежность прибора.

Для повышения коммутируемого напряжения оболочку вакуумируют.

Благодаря прямоугольным контактам из ферромагнитной проволоки прибор может замыкать сеть. Тип покрытия контактных элементов зависит от мощности и габаритов изделия. Производители используют золото, родий, серебро или пермаллоевую проволоку.

Принцип работы геркона

Внешний вид устройства и его обозначение на принципиальных схемах представлены ниже.

Что такое герконовый датчик и где он применяется?

Ни одна современная система охраны, контроля, пожаротушения, экстренного оповещения не может функционировать без применения датчиков, связывающих ее с окружающим миром. Датчики определяют наличие задымления, пыли в воздухе, движение объектов и еще множество других изменений.

Герконовый датчик по-прежнему используется во многих подобных системах благодаря своей надежности.

Термин «геркон» означает герметичный контакт. Обусловлено это его конструкцией. Состоит он из двух ферромагнитных пластин, запаянных в стеклянную капсулу с двумя выходными контактами и заполненную инертным газом. Такая оболочка минимизирует воздействие окружающей среды и обеспечивает надежное функционирование устройства.

Принцип работы герконового датчика

Герконовые;
На эффекте Холла.

Как осуществляется управление

Управление герцогом осуществляется несколькими способами. Самый простой — управление магнитом в электрической схеме. Его перемещение осуществляется линейным способом. Это актуально для охранных сигнализаций, в которых магнит крепится на дверь, после чего геркон срабатывает (при закрытой двери).

Существует угловое перемещение магнита. Его используют редко, когда недоступны к применению остальные способы.

Перекрытие шторкой, как один из способов, уже не применяется. Его использовали для вычислительных устройств и их клавиатур до девяностых годов.

Управляющая обмотка находится вокруг колбы и питается постоянным током, за счет которого работает. Магнитное поле генерируется с помощью обмотки после подачи питания. После отключения от питания катушки магнитный поток прекращается. После этого размыкаются пружинами контакты. Так как трение отсутствует, они являются абсолютно надежными.

Недостатки

В некоторых случаях магнитное управление может играть отрицательную роль, ведь система становится чувствительна к паразитным магнитным явлениям. В таких случаях устройство приходится экранировать.

Другая положительная сторона — герметичность, оборачивается недостатком в виде хрупкости колбы. Герконы неустойчивы к сильным вибрациям.

При нагреве подвижного контакта выше точки Кюри происходит утрата намагниченности, что приводит к размыканию цепи, причем процесс принимает неустойчивый характер.

Коммутация имеет конечную скорость, что довольно критично для быстродействующих устройств.

Порой встречается залипание контактов. Этому есть два объяснения: деформация контактов при пропускании через них постоянного тока, приводящая к тому, что они цепляются друг за друга (один разрушается — другой восстанавливается), и их взаимное притирание.

Меры, направленные против дребезга контактов:

Добавка ртути (что чревато ее утечкой при разбитии колбы);
Подключение через специальные электронные схемы;
Использование демпфирующих фильтров (в отдельных случаях);
Программные средства.