Mașină electrică

Modelul tăiat al unei mașini electrice rotative: motor electric

O mașină electrică este în tehnologia de energie electrică utilizată mașină , și oferă o formă de convertoare de energie . Se face distincția între rotative mașini electrice, inclusiv diferite tipuri de motoare electrice și generatoare electrice , și staționare mașini electrice, inclusiv transformatoare aparțin. Ceea ce au în comun toate mașinile electrice este că au un circuit magnetic în structura lor , care este esențial pentru funcționarea lor.

Prezentare generală

Mașină electrică statică: transformator de putere într-o stație

Mașinile electrice utilizează proprietățile interacțiunii electromagnetice și se bazează pe inducția electromagnetică și efectele forței magnetice, care sunt descrise de forța Lorentz și, pentru unele tipuri de mașini , de forța de reticență .

Din motive istorice , grupul de mașini electrice staționare sau statice include transformatoare și, în special, transformatoare care sunt utilizate în domeniul ingineriei energiei electrice , cum ar fi transformatoarele de putere . În cazul mașinilor electrice staționare, efectele forței magnetice joacă doar un rol subordonat sau nedorit, deoarece nu se efectuează mișcări și funcția unui transformator este de a transforma tensiuni alternative între diferite niveluri de înaltă tensiune.

În zona mult mai mare și prezentată exclusiv a mașinilor electrice rotative, care se caracterizează printr-un număr mare de modele și domenii de aplicare diferite, efectele forței magnetice joacă rolul central. Sunt folosite pentru a converti puterea electrică în putere mecanică pe un arbore . Dacă puterea electrică este convertită în putere mecanică, se numește motor electric , dacă puterea mecanică este convertită în energie electrică în direcția opusă, se numește generator electric . Unele tipuri de mașini electrice pot fi operate atât ca motor, cât și ca generator; funcția specifică este determinată de domeniul de funcționare al mașinii. Din această cauză, există, de asemenea, unele suprapuneri în utilizarea termenilor motor sau generator.

Fiecare conversie de energie este asociată cu o pierdere de energie sub formă de căldură. Un avantaj al mașinilor electrice este că pierderile lor sunt relativ mici, astfel încât ating un nivel ridicat de eficiență . Mașinile electrice mari pot obține eficiențe de până la 99%.

Sectorul industrial preocupat de mașinile electrice este ingineria electrică. Mașinile electrice sunt utilizate astăzi în toate domeniile tehnologiei , industriei, vieții de zi cu zi, transporturilor, medicamentelor și altor domenii. Gama de putere a mașinilor electrice se extinde de la ordine de mărime sub un microwatt (de exemplu, ceasul sau tehnologia microsistemelor ) până la peste un gigawatt (1 GW = 1.000.000.000 de wați), așa cum este cazul turbogeneratoarelor utilizate în centralele electrice .

Componente

Mașinile electrice au bobine de sârmă aranjate diferit prin care curge curentul electric. Fluxul magnetic care apare este ghidat într - un mod direcționat într - un miez de fier, care este , de asemenea , menționată ca un circuit magnetic . Acest miez este format din materiale care pot conduce bine fluxul magnetic, de exemplu oțel electric stratificat . Straturile, împreună cu izolarea unilaterală a pieselor din tablă, servesc la suprimarea curenților turbionari nedoriti . În mașinile rotative, statorul și rotorul , cunoscute și sub numele de armătură în unele mașini , sunt componente esențiale. Forțele generate în fiecare dintre cele două câmpuri magnetice provoacă o mișcare țintită (o singură dată sau permanentă) a pieselor mașinii una împotriva celeilalte.

Pentru a izola electric părțile prin care curge curent unul de altul și din mediul extern, mașinile electrice au zone de izolare. Structurile mecanice de sprijin și, eventual, rulmenții pentru ghidarea pieselor mobile sunt utilizate pentru stabilizarea mecanică a mașinii .

Proiecte

Mașinile electrice rotative pot fi defalcate în funcție de diferite criterii; clasificările din literatură nu sunt uniforme și sunt caracterizate prin suprapuneri. Clasificarea se poate baza pe tipul de curent utilizat, cum ar fi curent continuu , curent alternativ și curent alternativ trifazat (un curent alternativ multifazic care generează un câmp magnetic rotativ prin aranjamentul spațial adecvat de înfășurare ). O altă clasificare se poate referi la modul de funcționare al mașinii și poate conduce la o subdiviziune în mașini comutatoare , mașini asincrone și mașini sincrone. Fiecare dintre aceste grupuri este împărțit în diferite tipuri de mașini, care sunt împărțite în alte clase.

Tabelul următor oferă o clasificare exemplară și incompletă în funcție de tipul de curent în direcția verticală și în conformitate cu principiul de funcționare în direcția orizontală, incluzând o referință la posibilele domenii de aplicare, ca o simplă imagine de ansamblu.

Mașinile asincrone și sincrone necesită curent alternativ multifazic pentru funcționarea motorului sau generează curent alternativ multifazic ca generator. De obicei, acesta este curent alternativ trifazat , care generează un câmp rotativ în zona rotorului. Există, de asemenea, mașini cu inducție care funcționează cu curent alternativ bifazat , de exemplu ; acesta este cazul unor motoare pas cu pas. Mașina asincronă cu rotor în cușcă de veveriță este utilizată pe scară largă ca unitate de acționare, deoarece este ieftină de fabricat și necesită puțină întreținere. O caracteristică a mașinii asincrone este alunecarea , ceea ce înseamnă că rotorul nu se mișcă cu același număr de rotații ca și câmpul magnetic rotativ.

Grupul de mașini sincrone se caracterizează printr-o relație rigidă între rotația rotorului și câmpul rotativ. Exemple de mașini sincrone sunt mașinile cu poli saliente , care sunt împărțite în mașini cu pol intern și extern și mașinile cu pol complet, care sunt utilizate sub formă de turbogeneratoare în centralele electrice. Mașinile sincrone includ, de asemenea, motoare pas cu pas și modele speciale, cum ar fi motorul pas cu pas Lavet și motoare DC fără perii, cum ar fi motorul cuplului . Cu aceste motoare sincrone, câmpul rotativ este generat prin intermediul unui convertor de frecvență cu un controler cu patru cadrane , care este necesar în plus față de motor . Pentru puteri mai mici, se folosesc metode precum comutarea blocului; pentru puteri mai mari, se utilizează procese precum controlul vectorului și modularea vectorului spațial .

Există, de asemenea, mașini speciale de câmp rotativ, cum ar fi mașina în cascadă , care este utilizată, de exemplu, ca generator în centralele eoliene. Un motor utilizat în nanotehnologie este motorul electrostatic .

Cu ajutorul comutatorului, motoarele comutatorului pot fi acționate direct pe curent continuu sau curent alternativ monofazat. Exemple de mașini comutatoare sunt mașina cu curent continuu și motorul universal, care pot fi acționate cu tensiune directă sau alternativă. Mașinile DC sunt împărțite în mașini de șunt și mașini de serie.

În plus, există mașini electrice cu zone de aplicare limitate, cum ar fi mașina unipolară , care în modul generator furnizează o tensiune directă fără rectificare . Roata Barlow reprezintă un design istoric al unei mașini unipolare . În plus, mașinile electrice istorice există de la începutul ingineriei electrice, care, din cauza diferitelor dezavantaje, au găsit o distribuție mică sau deloc. Aceasta include motorul electric Egger .

literatură

• Rolf Fischer: Mașini electrice . Ediția a 14-a, actualizată și extinsă. Hanser, Munchen 2009, ISBN 978-3-446-41754-0 . 
• Hans-Ulrich Giersch: Mașini electrice. Testare, standardizare, electronică de putere . Ediția a 5-a, corectată. BG Teubner, Stuttgart și colab. 2003, ISBN 3-519-46821-2 . 
• Rudolf Janus, Hermann Nagel: Transformers . Editat de Rolf Rüdiger Cichowski (= ingineria sistemelor  pentru rețele de distribuție electrică . Volum 5 ). Ediția a II-a. VDE-Verlag și colab., Berlin și colab. 2005, ISBN 3-8007-2921-0 . 

Dovezi individuale

1. ^ ^{A b} Rolf Fischer: Mașini electrice . Ediția a 14-a, actualizată și extinsă. Hanser, Munchen 2009, ISBN 978-3-446-41754-0 , Capitolul 1: Principiile generale ale mașinilor electrice.