Saat ini tidak mungkin membayangkan peradaban manusia dan masyarakat berteknologi tinggi tanpa listrik. Salah satu perangkat utama yang memastikan pengoperasian peralatan listrik adalah mesin. Mesin ini telah menemukan distribusi terluas: dari industri (kipas angin, penghancur, kompresor) hingga keperluan rumah tangga (mesin cuci, bor, dll.). Tapi apa prinsip pengoperasian motor listrik?
Tujuan
Prinsip pengoperasian motor listrik dan tujuan utamanya adalah untuk mentransfer energi mekanik yang diperlukan untuk kinerja proses teknologi ke benda kerja. Mesin itu sendiri menghasilkannya karena listrik yang dikonsumsi dari jaringan. Pada dasarnya, prinsip pengoperasian motor listrik adalah mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Jumlah energi mekanik yang dihasilkan olehnya dalam satu satuan waktu disebut daya.
Tampilanmesin
Bergantung pada karakteristik jaringan suplai, dua jenis motor utama dapat dibedakan: pada arus searah dan arus bolak-balik. Mesin DC yang paling umum adalah motor dengan eksitasi seri, independen dan campuran. Contoh motor AC adalah mesin sinkron dan asinkron. Terlepas dari keragaman yang tampak, perangkat dan prinsip pengoperasian motor listrik untuk tujuan apa pun didasarkan pada interaksi konduktor dengan arus dan medan magnet, atau magnet permanen (benda feromagnetik) dengan medan magnet.
Loop saat ini - prototipe mesin
Poin utama dalam hal prinsip pengoperasian motor listrik dapat disebut penampilan torsi. Fenomena ini dapat dipertimbangkan dengan menggunakan contoh bingkai dengan arus, yang terdiri dari dua konduktor dan magnet. Arus disuplai ke konduktor melalui cincin kontak, yang dipasang pada sumbu bingkai yang berputar. Sesuai dengan aturan tangan kiri yang terkenal, gaya akan bekerja pada rangka, yang akan menciptakan torsi terhadap sumbu. Ini akan berputar berlawanan arah jarum jam di bawah aksi gaya total ini. Diketahui bahwa momen rotasi ini berbanding lurus dengan induksi magnet (B), kekuatan arus (I), luas bingkai (S) dan tergantung pada sudut antara garis medan dan sumbu yang terakhir. Namun, di bawah aksi momen yang berubah arahnya, bingkai akan berosilasi. Apa yang bisa dilakukan untuk membuat permanenarah? Ada dua opsi di sini:
- mengubah arah arus listrik pada rangka dan posisi penghantar relatif terhadap kutub magnet;
- mengubah arah bidang itu sendiri, sedangkan bingkai berputar ke arah yang sama.
Opsi pertama digunakan untuk motor DC. Dan yang kedua adalah prinsip motor AC.
Mengubah arah arus relatif terhadap magnet
Untuk mengubah arah pergerakan partikel bermuatan dalam konduktor bingkai dengan arus, Anda memerlukan perangkat yang akan mengatur arah ini tergantung pada lokasi konduktor. Desain ini diimplementasikan melalui penggunaan kontak geser, yang berfungsi untuk memasok arus ke loop. Ketika satu cincin menggantikan dua, ketika bingkai berputar setengah putaran, arah arus dibalik, dan torsi menahannya. Penting untuk dicatat bahwa satu cincin dirakit dari dua bagian, yang diisolasi satu sama lain.
Desain mesin DC
Contoh di atas adalah prinsip kerja motor DC. Mesin yang sebenarnya, tentu saja, memiliki desain yang lebih kompleks, di mana puluhan bingkai digunakan untuk membentuk belitan jangkar. Konduktor belitan ini ditempatkan di alur khusus di inti feromagnetik silinder. Ujung belitan dihubungkan ke cincin berinsulasi yang membentuk kolektor. Belitan, komutator dan inti adalah angker yang berputar pada bantalan pada badan motor itu sendiri. Medan magnet eksitasi dibuat oleh kutub magnet permanen, yang terletak di perumahan. Belitan terhubung ke listrik, dan dapat dinyalakan baik secara independen dari rangkaian jangkar atau secara seri. Dalam kasus pertama, motor listrik akan memiliki eksitasi independen, yang kedua - berurutan. Ada juga desain eksitasi campuran, ketika dua jenis sambungan belitan digunakan sekaligus.
Mesin sinkron
Prinsip pengoperasian motor sinkron adalah menciptakan medan magnet yang berputar. Maka Anda perlu menempatkan di bidang ini konduktor yang disederhanakan dengan arus konstan ke arahnya. Prinsip pengoperasian motor sinkron, yang telah menjadi sangat luas di industri, didasarkan pada contoh di atas dengan loop dengan arus. Medan putar yang diciptakan oleh magnet dibentuk dengan menggunakan sistem belitan yang dihubungkan dengan sumber listrik. Belitan tiga fase biasanya digunakan, namun, prinsip pengoperasian motor AC satu fase tidak akan berbeda dari yang tiga fase, kecuali mungkin dalam jumlah fase itu sendiri, yang tidak signifikan ketika mempertimbangkan fitur desain. Gulungan ditempatkan di slot stator dengan beberapa pergeseran di sekitar keliling. Hal ini dilakukan untuk menciptakan medan magnet yang berputar pada celah udara yang terbentuk.
Sinkronisme
Poin yang sangat penting adalah operasi sinkron dari motor listrikkonstruksi di atas. Ketika medan magnet berinteraksi dengan arus pada belitan rotor, proses putaran motor itu sendiri terbentuk, yang akan sinkron terhadap putaran medan magnet yang terbentuk pada stator. Sinkronisasi akan dipertahankan sampai torsi maksimum tercapai, yang disebabkan oleh resistensi. Jika beban bertambah, mesin mungkin tidak sinkron.
Motor induksi
Prinsip pengoperasian motor listrik asinkron adalah adanya medan magnet yang berputar dan rangka tertutup (kontur) pada rotor - bagian yang berputar. Medan magnet dibentuk dengan cara yang sama seperti pada motor sinkron - dengan bantuan belitan yang terletak di alur stator, yang terhubung ke jaringan tegangan bolak-balik. Gulungan rotor terdiri dari selusin rangka loop tertutup dan biasanya memiliki dua jenis eksekusi: fase dan hubung singkat. Prinsip pengoperasian motor AC di kedua versi ini sama, hanya desainnya yang berubah. Dalam kasus rotor sangkar tupai (juga dikenal sebagai sangkar tupai), belitan dituangkan dengan aluminium cair ke dalam slot. Dalam pembuatan belitan fase, ujung setiap fase dibawa keluar menggunakan cincin kontak geser, karena ini akan memungkinkan resistor tambahan untuk dimasukkan ke dalam rangkaian, yang diperlukan untuk mengontrol putaran mesin.
Mesin traksi
Prinsip pengoperasian motor traksi mirip dengan motor DC. Dari jaringan suplai, arus disuplai ke transformator step-up. Lebih jauharus bolak-balik tiga fase ditransmisikan ke gardu traksi khusus. Ada penyearah. Ini mengubah AC ke DC. Menurut skema, itu dilakukan dengan salah satu polaritasnya ke kabel kontak, yang kedua - langsung ke rel. Harus diingat bahwa banyak mekanisme traksi beroperasi pada frekuensi yang berbeda dari industri mapan (50 Hz). Oleh karena itu, konverter frekuensi digunakan untuk motor listrik, yang prinsip operasinya adalah mengubah frekuensi dan mengontrol karakteristik ini.
Pada pantograf yang dinaikkan, tegangan disuplai ke ruang di mana rheostat dan kontaktor awal berada. Dengan bantuan pengontrol, rheostat terhubung ke motor traksi, yang terletak di as roda bogie. Dari mereka, arus mengalir melalui ban ke rel, dan kemudian kembali ke gardu traksi, sehingga menyelesaikan sirkuit listrik.
