El-motorer

Mere viden om El-motorer:

Jævnstrømsmotorer; Shunt-motorer, serie-motorer, compound-motorer og permanent magnet DC-motor.

En el-motor er en elektrisk maskine, der omdanner elektrisk energi til mekanisk energi. I normal motortilstand opererer de fleste el-motorer gennem interaktion mellem en el-motors magnetfelt og snoede strømme til at generere kraft i motoren. I visse applikationer, såsom i transport branchen med trækkraft motorer, kan el-motorer operere i både motorsport og skabe eller opbremsning modes at også producerer elektrisk energi fra mekanisk energi.

Anvendt i applikationer så forskellige som industrielle ventilatorer, blæsere og pumper, værktøjsmaskiner, husholdningsapparater, el-værktøj og diskdrev, kan el-motorer være drevet af jævnstrøm (DC) kilder, såsom fra batterier, motorkøretøjer eller ensrettere eller ved vekselstrøm (AC) kilder, såsom fra elnettet. invertere eller generatorer Små motorer kan findes i elektriske ure. Generelle formål motorer med meget standardiserede dimensioner og karakteristika giver praktisk mekanisk effekt til industriel brug. Den største af el-motorer bruges til fremdrift af skibe, rørledning kompression og pumpet applikationer med ratings nærmer sig et megawatt. El-motorer kan klassificeres ved elektrisk strømkilde, intern konstruktion, anvendelse, type motion output, og så videre.

Enheder såsom magnetiske spoler og højttalere, der omdanner elektricitet til bevægelse, men ikke genererer brugbar mekanisk energi er eksempelvis aktuatorer og transducere. El-motorer bruges til at producere lineær kraft eller moment (roterende). El-motorer opererer på tre forskellige fysiske principper: magnetiske, elektrostatiske og piezoelektriske. Langt den mest almindelige er magnetisk.

I magnetiske el-motorer, der magnetfelter dannet i både rotoren og statoren. Produktet mellem disse to områder giver anledning til en kraft, og dermed et drejningsmoment på motorakslen. Et eller begge af disse områder skal foretages for at ændre sig med rotation af motoren. Dette gøres ved at skifte poler og slukke på det rigtige tidspunkt, eller at variere styrken af staven. De vigtigste typer er jævnstrømsmotorer og AC-motorer, den tidligere stigende grad fortrænges af sidstnævnte. AC el-motorer er enten asynkron og synkron. Efter start, en synkron el-motor kræver synkront med den bevægelige magnetfelt er synkron hastighed for alle normale drejningsmoment betingelser.

I synkronmaskiner skal magnetfeltet tilvejebringes ved andre midler end induktion såsom fra særskilt ophidset viklinger eller PMS. Det er normalt at distinquish motorer 'mærkeeffekt om enhed hestekræfter tærsklen så integreret hestekræfter refererer til motor (er) lig med eller højere og fraktioneret hestekræfter (FHP) henviser til motor (r) nedenfor tærsklen.

En kommuteret DC-motor har et sæt roterende viklinger viklet på et anker monteret på en roterende aksel. Akslen også bærer kommutatoren, en langvarig roterende elektrisk kontakt, der jævnligt vender strømmen rotorviklingerne som akslen roterer. Således har hver børstet DC motor AC strømmer gennem sine roterende viklinger. Der strømmer gennem et eller flere par af børster, der bærer på kommutatoren, børsterne slutter en ekstern elektrisk energikilde til det roterende anker.

Det roterende anker består af en eller flere spoler af tråd viklet omkring en lamineret, magnetisk "blød" ferromagnetiske kerne. Strøm fra børsterne strømmer gennem kommutatoren og en vikling af ankeret, hvilket gør det til en midlertidig magnet (en elektromagnet). Magneterne felt produceret af ankeret interagerer med et stationært magnetfelt frembragt af enten PMS eller en anden vikling et felt spole, som en del af motorhuset. Kraften mellem de to magnetfelter tendens til at rotere motorakslen. Kommutatoren skifter strøm til spolerne som rotoren drejer, holder de magnetiske poler på rotoren fra nogensinde fuldt tilpasning til de magnetiske poler på statoren felt, så rotoren aldrig stopper (ligesom en kompasnål gør), men snarere holder roterende så længe der er strøm.

Mange af begrænsningerne ved den klassiske jævnstrømskommutator el-motor skyldes behovet for børster til at trykke imod kommutatoren. Dette skaber friktion. Gnister som er skabt af børsterne gør og bryde kredsløb gennem rotoren spoler som børsterne krydser de isolerende hullerne mellem kommutator sektioner. Afhængigt af kommutatoren design, kan dette omfatte børsterne kortslutning sammen tilstødende sektioner - og dermed spole enderne - øjeblik, mens krydser hullerne. Endvidere forårsager induktans rotoren spoler spændingen over hver at stige, når dens kredsløb er åbnet, øger gnister af børsterne. Denne gnister grænser den maksimale hastighed af maskinen, som alt for hurtig gnister vil overophede, erodere eller endda smelte kommutatoren. Strømtæthed per arealenhed af børsterne, i kombination med deres resistivitet, begrænser motorydelsen. Foretagelse og bryde for elektrisk kontakt genererer også elektrisk støj, gnister genererer RFI. Børster begrænset levetid og kræver udskiftning og kommutatoren selv er udsat for slid og vedligeholdelse (på større motorer) eller udskiftning (på små motorer). Kommutatoren montering på en stor motor er en bekostelig element, der kræver præcision samling af mange dele. På små el-motorer er kommutatoren sædvanligvis permanent integreret i rotoren, så erstatte det normalt kræver udskiftning af hele rotoren.

Mens de fleste kommutatorer er cylindriske, nogle er flade skiver bestående af flere segmenter (typisk mindst tre) monteret på en isolator. Store børster ønskes til en større pensel kontakt område for at maksimere motorens udgang, men små børster ønskes til lav masse til at maksimere den hastighed, som motoren kan køre uden børsterne overdrevent hoppende og gnister. (Små børster er også ønskelige til lavere omkostninger.) Stivere børstefjedrene kan også bruges til at lave børster given masse arbejde ved en højere hastighed, men på bekostning af større friktionstab (lavere effektivitet) og fremskyndet børste og kommutator slid. Derfor indebærer DC el-motorer et børste design og en afvejning mellem udgangseffekt, hastighed og effektivitet / slid.

DC maskiner er defineret som følger:
Armature kredsløb - en snoet, hvor belastningen strømmen bæres, således at enten kan være stationær eller roterende del af motor eller generator.
Felt kredsløb - Et sæt af viklinger, der frembringer et magnetfelt, således at den elektromagnetiske induktion kan finde sted i elektriske maskiner.
Kommutering: En mekanisk teknik, hvor berigtigelse kan opnås, eller hvorfra DC kan udledes, i DC maskiner.

En permanent magnet el-motor har ikke en feltvikling på statorhuset, og må i stedet stole på permanent magnet el-motoren, at tilvejebringe det magnetiske felt mod hvilken rotoren felt interagerer at producere drejningsmoment. Kompenserende viklinger i serie med ankeret kan anvendes på store motorer til forbedring kommutering under belastning. Fordi dette område er fastlagt, kan det ikke korrigeres for hastighedskontrol. Permanent magnet el-motor felter (statorer), er praktisk i miniature motorer til at eliminere strømforbrug feltviklingen. Mest større jævnstrømsmotorer er af typen "dynamo" typen, der har statorviklinger. Historisk set kunne permanent magnet el-motorer ikke gøres for at bevare høj flux, hvis de blev skilt ad, feltviklingerne var mere praktisk at få den nødvendige mængde af flux. Men store permanent magnet el-motor er dyre, såvel som farlige og vanskelige at samle, dette begunstiger sår felter for store maskiner.

For at minimere den samlede vægt og størrelse, kan miniature PM-motorer bruger højenergi magneter lavet med neodym eller andre strategiske elementer, de fleste sådanne er neodymium-jern-bor legering. Med deres højere fluxtæthed, er elektriske maskiner med høj energi PMs mindst konkurrencedygtige med alt optimalt designet enkeltvis fodret synkron og induktion elektriske maskiner. Miniature motorer ligner strukturen i illustrationen, bortset fra at de har mindst tre rotorpoler (for at sikre at starte, uanset rotorposition) og deres ydre hus er et stålrør, der magnetisk forbinder udendørsbrug af de krumme felt magneter.

Nogle af problemerne i en børste DC el-motor er elimineret i det børsteløse design. I denne el-motor er den mekaniske "roterende switch" eller kommutatormotor erstattet af en ekstern elektronisk omskifter synkroniseret til rotorens position. Børsteløse motorer er typisk 85-90% effektive eller mere. Effektivitet for en børsteløse motor på op til 96,5% er blevet rapporteret, mens DC-motorer med børste gear typisk er 75-80% effektiv.

Den børsteløse motor karakteristiske trapezformede back-emf bølgeform stammer dels fra statoren statorviklingerne er jævnt fordelt, dels fra placering af rotorens permanent magnet el-motor. Også kendt som elektronisk kommuteret DC eller inside out DC motorer, kan statorviklingerne med trapezformet børsteløse motorer være med enkelt-faset, to-fase eller tre-fase og bruge Hall-effekt-sensorer monteret på deres viklinger for rotorposition sensing og rå, lav koste lukket-sløjfe regulering af elektroniske kommutatoren.

Børsteløse motorer er almindeligt anvendt, når præcis hastighedskontrol er nødvendig, som i computer diskdrev eller videobåndoptagere, drev spindler inden CD, CD-ROM (etc.) og mekanismer i Office produkter såsom ventilatorer, laserprintere og kopimaskiner . De har flere fordele i forhold til konventionelle motorer:
Sammenlignet med AC fans bruger skraverede-polede motorer, de er meget effektive, kører meget køligere end den tilsvarende AC-motorer. Denne cool operation fører til langt bedre liv i ventilatorens lejer.
Uden en kommutator at bære ud, kan livet for en BLDC motoren betydeligt længere sammenlignet med en DC motor med børster og en kommutator. Kommutering også en tendens til at forårsage en stor elektrisk og RF-støj, uden en kommutator eller børster kan en børsteløse motor bruges i elektrisk følsomme udstyr som audio udstyr eller computere. De samme Hall-effekt sensorer, der giver kommutering kan også give en bekvem tachometersignalet for lukket-sløjfe regulering (servostyret) applikationer. I fans kan tachometersignalet anvendes til at udlede et "fan OK" signal samt give hastighed feedback.
Motoren kan let synkroniseres til et internt eller eksternt ur, der fører til præcise hastighedskontrol.
Børsteløse motorer har ingen chance for gnister, i modsætning børstet motorer, hvilket gør dem bedre egnet til miljøer med flygtige kemikalier og brændstoffer. Også gnister genererer ozon, som kan ophobes i dårligt ventilerede bygninger risikerer skade på beboernes helbred.
Børsteløse motorer er normalt anvendes i små udstyr såsom computere, og er generelt anvendes i fans til at slippe af med uønsket varme.
De er også akustisk meget rolige motorer, som er en fordel, hvis der bruges i udstyr, der er påvirket af vibrationer.

Moderne børsteløse motorer varierer i strøm fra en brøkdel af en watt til mange kilowatt. Større børsteløse motorer på op til omkring 100 kW vurdering anvendes i elbiler. De finder også en betydelig anvendelse i high-performance elektriske modelfly. SRM har ingen børster eller PMS, og rotoren har ingen elektriske strømme. I stedet moment kommer fra en svag forskydning af poler på rotoren med poler på statoren. Rotoren tilslutter sig den magnetfelt af statoren, mens statorfeltet statorviklingerne sekventielt aktiveres for at dreje statoren feltet.

Den magnetiske flux skabt af feltviklingerne følger stien mindst magnetisk tilbageholdenhed, hvilket betyder fluxen vil strømme gennem poler af rotoren, der er tættest på de strømførende poler af statoren, hvorved magnetisere disse poler af rotoren og skabe moment. Da rotoren drejer, vil forskellige viklinger blive aktiveret, holder rotoren drejning.

Moderne lav omkostning universel motor fra en støvsuger. Feltviklingerne er mørke kobberfarvet, mod bagsiden, på begge sider. Rotorens lamineret kerne er grå metallic, med mørke slots til bevikling af spoler. Kommutatoren (delvis skjult) er blevet mørkt af brug, og det er mod fronten. Den store brune indstøbt plastik stykke i forgrunden understøtter børste guider og børster (begge sider), samt den forreste motor bærende.
En kommuteret serie-viklet motor kaldes en universel motor, fordi det kan være konstrueret til at køre på enten vekselstrøm eller jævnstrøm. En universel motor kan fungere godt på AC fordi strømmen i både feltet og ankeret (og dermed de resulterende magnetfelter) skifter (omvendt polaritet) i synkronisme, og dermed den resulterende mekanisk kraft vil forekomme i en konstant rotationsretning.

Drift ved normal højspændingsledning frekvenser bliver universelle motorer ofte findes i en række mindre end 1000 watt. Universal-motorer også dannede grundlag for den traditionelle jernbanetrækkraftmarkedet motor i elektriske jernbaner. I denne ansøgning, en motor oprindeligt designet til at køre på DC brugen af AC til magt ville medføre energitab som følge af hvirvelstrømsbremser opvarmning af deres magnetiske komponenter, især motoren feltet pole-stykker, der for DC, ville have brugt faststof ( un-lamineret) jern og de er nu sjældent brugt.

En fordel ved den universelle motor er, at AC leverancer kan anvendes på motorer, som har nogle egenskaber mere almindelige i DC motorer, specielt højt startmoment og meget kompakt design, hvis høje kørehastigheder er brugt. Det negative aspekt er vedligeholdelse og korte liv problemer forårsaget af kommutatoren. Sådanne motorer anvendes i enheder som foodprocessorer og elværktøj, som anvendes kun sporadisk, og ofte har højt udgangspunkt moment krav. Flere haner på feltspole give (upræcise) trådte hastighedskontrol. Husholdnings blendere der reklamerer mange hastigheder ofte kombinerer et felt spole med flere haner og en diode, der kan indsættes i serie med motoren (forårsager motoren til at køre på halv-bølge rektificeret AC). Universal-motorer også egner sig til elektronisk hastighedskontrol og som sådan et ideelt valg for enheder som indenlandske vaskemaskiner er. Motoren kan anvendes til at agitere tromlen (både fremad og baglæns) ved at skifte feltviklingen i forhold til ankeret.

Betragtninger SCIMs ikke kan dreje en aksel hurtigere end tilladt af højspændingsledning frekvens, kan universelle motorer kører med meget højere hastigheder. Dette gør dem anvendelige til apparater såsom blendere, støvsugere og hårtørrer, hvor høj hastighed og lav vægt er ønskelige. De er også almindeligt anvendt i bærbare elværktøj, såsom boremaskiner, slibemaskiner, cirkulær og stiksave, hvor motorens egenskaber fungerer godt. Mange støvsuger og ukrudt trimmer motorer overstiger 10.000 rpm, mens mange lignende miniature kværne overstiger 30.000 rpm.