Egy villamos gép egy elektromechanikus eszköz alapuló elektromágnesesség , amely lehetővé teszi az átalakítás elektromos energiát , például a munka vagy mechanikai energiává . Ez a folyamat megfordítható és felhasználható villamos energia előállítására:
Ha azonban ezek az elektromos gépek megfordíthatók és valószínűleg „motorként” vagy „generátorként” viselkednek a nyomaték-sebesség sík négy negyedében , a motor / generátor megkülönböztetését „általában” a véghez képest a gép használata.
Rotációs motorok energiát megfelelő a termék a nyomaték és a szögletes elmozdulás ( rotáció ), míg a lineáris motorok energiát előállítani megfelelő terméket erő és a lineáris elmozdulás .
Az elektromágnesességnek köszönhetően működő elektromos gépek mellett vannak elektrosztatikus gépek és mások is, amelyek piezoelektromos hatást alkalmaznak .
A transzformátorokat szintén elektromos gépek közé sorolják. Ezek lehetővé teszik, hogy módosítsa a feszültség és intenzitás értékeit az aktuális által kiadott váltakozó elektromos energiaforrás , egy feszültség és áram rendszere különböző értékek, de az azonos frekvenciájú és azonos alakú.
A 1821 , felfedezése után a jelenség közötti kapcsolat elektromosság és a mágnesesség, elektromágnesesség , a dán kémikus Ørsted , Ampère-tétel és Biot és Savart törvény , az angol fizikus Michael Faraday épült két eszközt, hogy a termelés „nevezte az„elektromágneses forgatás ": a vezeték körüli mágneses erő folyamatos körmozgása, valójában az első elektromos motor bemutatása.
A 1822 , Peter Barlow épült, hogy mi tekinthető az első villanymotor történelemben: a „ Barlow kerék ”, amely egy egyszerű fém lemez kivágott egy csillag, és amelynek végei fejest egy vödör tartalmazó higany , amely biztosítja az áramot. Azonban csak olyan erőt produkál, amely képes megfordítani, nem engedve, hogy a gyakorlatban alkalmazzák.
Az első kísérletileg használható kapcsolót 1832-ben találta fel William Sturgeon . Jedlik Ányos magyar fizikus 1827-ben és Moritz Hermann von Jacobi porosz fizikus az egyenáramú villanymotor fejlesztésén dolgozott az európai kontinensen. Jacobi 1834 májusában fejlesztette ki az első praktikus elektromos motort Königsbergben1838. szeptember 13A St. Petersburg , hogy kipróbálták egy hajó által hajtott elektromágneses motor, amelynek kimenete a 220 W . A Jacobi (de) hajó az árammal szemben a Neván vitorlázott egy tucat utassal a fedélzetén: 7,5 km -t tudott járni körülbelül 2,5 km / h sebességgel , ez volt az első villamos motoros alkalmazási gyakorlat is.
Az első egyenáramú motort, amelyet forgalomba hozatal céljából gyártottak, Thomas Davenport találta ki 1834-ben, majd 1837-ben szabadalmaztatta. Ezeket a motorokat az akkumulátorok akkori költségei miatt nem tapasztalták meg.
Az elektromos gépek reverzibilitásának gyakorlati ellenőrzését Antonio Pacinotti olasz fizikusnak köszönhetjük 1864-ben.
1869-ben Zénobe Gramme belga feltaláló lehetővé tette az egyenáramú generátorok megvalósítását a kollektor elképzelésével. Javítja az archaikus generátorok ( 1867 ) korai verzióit és híressé válik azáltal, hogy megtalálja a Pacinotti indukált gyűrűjének elvét . A 1871 -ben bemutatott első ipari egyenáramú generátort a Tudományos Akadémia Párizsban, melyet az úgynevezett Gramme gép .
1873-ban Hippolyte Fontaine , a Zénobe Gramme partnere hajtotta végre az erők elektromos átadásának első ipari alkalmazását. Miközben bemutatja Gramme gépének reverzibilitását a bécsi kiállításon , bemutat egy kísérletet, amely ötvözi a dinamót és az egyenáramú motort, 2 km-es elektromos vezetékekkel elválasztva . E döntő kísérlet előtt a helyszínen fel kellett használni a vízi utak mechanikai energiáját, mert nagy távolságokra nem szállítható.
Nikola Tesla fizikus 1886-ban szabadalmat nyújtott be egy "elektromos-dinamógépre" (1887-ben jelent meg).
Az aszinkron gép apasága három feltaláló között ellentmondásos: 1887-ben Nikola Tesla fizikus szabadalmat nyújt be az aszinkron gépre (1888-ban jelent meg), majd a következő év májusában további öt szabadalom. Ugyanebben az időszakban Galileo Ferraris 1885-ben kísérletet tett közzé forgó gépekről, majd 1888 áprilisában elméletet ismertetett az aszinkron motorról. 1889-ben Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski , orosz származású német villanyszerelő feltalálta az első háromfázisú fázist. mókusketreces aszinkron motor, amelyet iparilag 1891-től gyártanak.
Mint minden forgó gép, az egyenáramú elektromos gépek is állórészből és rotorból állnak. Az állórész rögzített hosszirányú mágnesezést hoz létre tekercsek (induktor) vagy állandó mágnesek segítségével. A rotor tekercsekből áll, amelyek egy rotációs kollektorhoz vannak csatlakoztatva . A forgókollektor lehetővé teszi a rotor mágnesesítésének keresztirányú rögzítését, amikor ez forog. Ennek a készüléknek köszönhetően a mágnesezések, a rotor és az állórész mindig optimálisan vannak eltolva ( kvadrátban ). Ez az eltolás a maximális fluxus törvénye szerint nyomatékot okoz (egy északi pólus vonzza a déli pólust), így a rotor forogni kezd.
Az egyenáramú gépek fő előnye abban rejlik, hogy egyszerűen alkalmazkodnak a sebességük, nyomatékuk és forgásirányuk beállításához vagy változtatásához szükséges eszközökhöz: a változó fordulatszámú hajtásokhoz . Még közvetlen kapcsolatuk is az energiaforrással: akkumulátor elemek, cellák stb.
Az egyenáramú gép fő hátránya a kefe / rotációs kollektor egység, amely elhasználódik, bonyolult előállítani és energiát fogyasztani. Egy másik probléma korlátozza ezen motorok nagy sebességét a rotor tekercselésekor. Ez a "leeresztés" jelenség, a centrifugális erő végül megszakítja az összekötőket, biztosítva a fordulatok halmazát (zsugorodását).
Ezen hátrányok egy részét részben megoldották olyan forgórészes vasalatok nélküli motorok, mint a "tárcsa" vagy a "harang" motorok, amelyeknek mégis vannak keféik.
A fenti hátrányokat drasztikusan kiküszöbölték a kefe nélküli motortechnikával , amelyet "kefe nélküli egyenáramú motornak" vagy kefe nélküli motornak is neveznek.
A kefe nélküli motor vagy " kefe nélküli " motor egy szinkron motor, amelynek rotorja egy vagy több állandó mágnesből áll és eredetileg rotor helyzetérzékelővel van felszerelve ( Hall-effektus-érzékelő , szinkron-felbontó, inkrementális jeladó) . Kívülről nézve egyenárammal működik . A neve Brushless abból a tényből ered, hogy ez a fajta motor nem tartalmaz keféket . Másrészt egy elektronikus vezérlőrendszernek kell biztosítania az állórész tekercsében az áram kapcsolását. Ez az eszköz beépíthető a motorba, kis teljesítmény mellett, vagy külső. Az érzékelő-elektronikus vezérlő egység feladata a motor önszabályozásának biztosítása, vagyis a rotor mágneses fluxusának ortogonalitásának fenntartása az állórész fluxusához viszonyítva, amely szerep korábban a kefe-kollektor szerelvényre hárult. egyenáramú gépen.
A kefe nélküli motorokat különösen számítógépeink merevlemezén és DVD-íróin használják. Ők is széles körben használják a modell készítés mozogni skála modellek a repülőgépek, helikopterek és autók, valamint az iparban, különösen a szervo-mechanizmusok a szerszámgépek és robotika .
Az alacsony és közepes teljesítményű alkalmazásokhoz (akár néhány kilo watt ), a szabványos egyfázisú hálózat elegendő. Nagy teljesítményű alkalmazásokhoz az AC motorokat általában többfázisú áramforrások szolgáltatják. A leggyakrabban használt rendszer ekkor a villamosenergia-elosztók által használt háromfázisú (120 ° -kal eltolt fázisok).
Ezeknek az alternatív motoroknak három típusa van:
Ez az utóbbi két gép csak rotorjuk szerint különbözik egymástól.
Univerzális motorokAz univerzális motor villamos motor, amely ugyanazon az elven működik, mint az egyenáramú gép, sorozatos gerjesztéssel: a rotort sorba kötik az induktor tekercsével. Ennek a gépnek az áramlás irányától független nyomatéka arányos az intenzitásának négyzetével. Ezért egyenárammal vagy váltóárammal is ellátható , innen ered a neve. Annak érdekében, hogy korlátozzuk az örvényáramokat, amelyek szisztematikusan jelennek meg minden váltakozó mágneses mezőnek kitett fémes zónában, állórészét és rotorját laminálják.
A gyakorlatban ezeknek a motoroknak rossz a hatékonysága, de nagyon alacsony gyártási költségük van. Nyomatékuk alacsony, de forgási sebességük nagy. Ha nagy nyomatékot igénylő eszközökben használják, mechanikus reduktorral vannak összekapcsolva .
Főleg háztartási készülékekben használják , például porszívókban , kis teljesítményű elektromos szerszámokban (kb. 1200 W-ig ) és számos háztartási alkalmazásban. Forgási sebességük könnyen beállítható olcsó elektronikus eszközökkel, például fényerő-szabályozókkal .
Szinkron gépekA szinkron gépet gyakran használják generátorként . Ezután „generátornak” hívják. A kis teljesítményű generátor megvalósításán kívül ez a gép általában háromfázisú. Az áramtermeléshez az erőművek körülbelül 1500 MW teljesítményű generátorokat használnak .
Ahogy a neve is mutatja, e gépek forgási sebessége mindig arányos a rajtuk átfolyó áramok frekvenciájával . Ez a típusú gép használható a létesítmény teljesítménytényezőjének mérésére . Ezt nevezzük " szinkron kompenzátornak ".
A szinkron gépeket a vontatási rendszerekben is használják (mint például a második generációs TGV ); ebben az esetben gyakran áramváltókkal társulnak, ami lehetővé teszi a motor nyomatékának szabályozását minimális árammal. „Autopilotról” beszélünk (az állórész áramainak elcsúsztatása a rotor helyzetéhez képest).
Aszinkron gépekAz aszinkron gép, amelyet angolszász „indukciós gép” kifejezéssel is ismerünk, váltakozó áramú gép , a rotor elektromos tápellátása nélkül . Az angol kifejezés az elektromágneses indukció által a rotorban indukált áramokból származik . Az „aszinkron” kifejezés abból ered, hogy e gépek sebessége nem feltétlenül szinkronizálódik a rajtuk áthaladó áramok frekvenciájával .
Az aszinkron gép már régóta erős versenyben van a szinkron géppel a nagy teljesítményű mezőkben, a teljesítményelektronika megjelenéséig . Azt találtuk, ma sok új alkalmazások, különösen a közlekedés (metró, vonatok, hajók meghajtására), ipar ( szerszámgépek ), a háztartási gépek , stb Eredetileg csak motorként használták őket, de a teljesítmény-elektronikának köszönhetően egyre gyakrabban használják őket generátorként, például a szélturbinákban .
Az egyfázisú működéshez ezek a gépek indító rendszert, kondenzátort igényelnek az egyik tekercsen (P max. 6 kW ) vagy indítógyűrűt (P max. 400 W ) . Az indítógyűrűs motorokat elszívó burkolatokban, mosógép leeresztő szivattyúkban és ventilátorokban használják, mert az indítási nyomaték rendkívül alacsony. A 6 kilowatt feletti teljesítményű alkalmazásokhoz az aszinkron motorokat csak háromfázisú áramellátó rendszerek szolgáltatják .
Autoszinkron gépekOlyan szinkron gépekről van szó, amelyek aszinkron módon indulnak el, és amikor a forgási frekvencia közel van a szinkronhoz, a rotor az állórész mezőjéhez tapad, szinkronizálva magát a mágneses mező sebességével.
Az autopilóta (az állórész frekvenciájának szabályozása a rotor sebességének függvényében) hajlamos megszüntetni ezt a technológiát.
Az AC gépek közös jellemzőiAz univerzális típusú motor kivételével az AC gépek sebessége általában az ezeken a gépeken átfolyó áramok frekvenciájához kapcsolódik.
A hibrid motorok széles választéka létezik (pl. "Szinkronizált aszinkron" a mosogatógép szivattyúiban ).
Az elektromos motor másik fajtája a léptetőmotor. Az állandó mágneseket tartalmazó belső rotort az állórészbe helyezett elektromágnesek haladják, amelyet a teljesítményelektronika kapcsol. Mindegyik ereje, vagy sem, különböző szöghelyzetet határoz meg (a sorrend lehetővé teszi a mozgást). Az egyszerű léptetőmotorok korlátozott számú helyzetben vannak, de az arányos vezérlésű (változtatható tekercs előtolású) léptetőmotorok rendkívül pontosak lehetnek. Ezután "mikrolépésekről" beszélünk, mivel a motor két lépés között kiegyensúlyozhatja magát.
Ezek a digitális elektronikával vezérelt motorok a pozicionáló rendszerek egyik legsokoldalúbb formája, különösen a szervo-vezérlésű szervekben számszerűen: pl . A számítógép merevlemezeinek olvasó / író fejeinek motoros pozícionálását régóta pozicionálja ez a típusú motor, most túl lassúak ehhez az alkalmazáshoz, sokkal gyorsabb lineáris impulzus motorok váltották fel őket .
A lineáris motor lényegében aszinkron motor, amelynek rotorját "letekerték" úgy, hogy a forgó elektromágneses mező által a forgási erő létrehozása helyett lineáris erőt eredményez a hossza mentén, az elektromágneses elmozdulási mező felállításával.
Az elektromos gépek környezeti lábnyoma és az energiahatékonyság javítható a tervezéstől kezdve (növényi eredetű anyagok felhasználása, az oldószerek használatának csökkentése, jobb minőségű lapok és csapágyak használata stb. ). Az újrahasznosítás vagy újrafelhasználás végén életük is javítható a környezetbarát tervezésre .
Az elektromos motor környezeti hatása mindenekelőtt az általa fogyasztott villamos energiától függ. Így a hatását a működése függ a módot, ahogyan a villamos energia, amely táplálja az előállítása: a alacsony szén villamos ( megújuló vagy nukleáris ) vagy erősen CO 2 kibocsátó( szén , gáz vagy olaj ).
Az energiaátmenet és a fosszilis felhasználások helyettesítése részeként az elektromos motorok bizonyos helyzetekben helyettesíthetik a belső égésű motorokat , ami hozzájárulhat a szén-dioxid-kibocsátás csökkentéséhez . A Közlekedési és Környezetvédelmi Egyesület adatai szerint egy elektromos autó a CO 2 77% -át bocsátja kikevesebb, mint egy termálautó teljes életciklusa alatt (gyártás, használat és újrahasznosítás). Ez a csökkenés az európai átlag 2/3-a (63%) körül mozog.