AC and induction motors explained
Summary
TLDRВ этом видео обсуждается работа асинхронных двигателей переменного тока (AC motors). Автор объясняет, что такое асинхронный двигатель, его особенности и недостатки, такие как требование высокого тока, проблемы с контактами и износом, ограничения по скорости вращения и риск перегорания. Затем вводится идея универсального двигателя, который работает как на переменном, так и на постоянных токах, благодаря замене статора и ротора. Автор также описывает принципы создания вращающегося магнитного поля с помощью двух магнитов с фазовым отступом в 90 градусов и использования 'крысыного клетка' для индукции без фрикционных потерь. В заключение, представлены основы работы индукционного двигателя, который избегает некоторые из недостатков асинхронного двигателя.
Takeaways
- 🧲 AC моторы (альтернирующих токов) используют магнит и переменный магнитный потенциал для вращения.
- 🔌 У AC-моторов есть некоторые недостатки, такие как требование высокого тока, контакты и истечение времени работы.
- 🚫 AC-моторы могут иметь проблемы с износом из-за контактов и истечения времени работы, что приводит к потере энергии и требует замены деталей.
- 🔄 Скорость AC-мотора определяется частотой альтернирующей силовой сети, что ограничивает возможность регулировки скорости.
- 🌀 Для устранения недостатков AC-моторов были разработаны синхронные моторы, которые работают в синхронии с частотой сети.
- 🛠️ Универсальные моторы могут работать как на AC, так и на DC, меняя только расщепительные кольца или разделяющиеся расщепители.
- 🌀 В универсальных моторах используются электромагниты для создания переменного магнитного поля, что дает больше контроля.
- 🔗 В двигателях с обратным воздействием (индукционные моторы) используются статор и ротор, где статор создает вращающийся магнитный потенциал.
- 🦊 В индукционных моторах используется 'крыса-кузня' или 'squirrel cage', который обеспечивает свободное вращение без контактов и истечения времени работы.
- 🛡️ Ламинированный железный ядро усиливает магнитные линии и уменьшает потерю энергии из-за вихревых токов в 'крысе-кузне'.
- 🔧 Индукционные моторы более эффективны и надежны, так как они избегают контактов и требуют меньшего обслуживания.
Q & A
Что такое асинхронный двигатель?
-Асинхронный двигатель - это тип двигателя, который работает от переменного тока и имеет постоянное вращение, синхронное с частотой сети.
Какие недостатки имеют асинхронные двигатели?
-Асинхронные двигатели имеют ряд недостатков, включая требование высокого тока, проблемы с износом из-за контактов с коммутатором, ограничение по скоростям вращения и риск перегорания из-за высокого тока.
Что такое коммутатор и как он работает?
-Коммутатор - это устройство в асинхронном двигателе, которое обеспечивает постоянную связь с переменным источником питания, обеспечивая таким образом движение колец двигателя.
Какие преимущества предоставляет индукционный двигатель по сравнению с асинхронным?
-Индукционный двигатель устраняет некоторые недостатки асинхронного, такие как износ контактов и проблемы с перегревом, благодаря отсутствию коммутаторов и использованию индукционного эффекта для движения.
Что такое универсальный двигатель?
-Универсальный двигатель - это тип двигателя, который может работать как с переменным, так и с постоянным током, благодаря использованию слипов или расщепленных коммутаторов.
Как создается вращающийся магнитный потенциал в индукционном двигателе?
-Вращающийся магнитный потенциал создается с помощью статора, состоящего из электромагнетов, расположенных под углом 90 градусов друг к другу, и генерирующих магнитные поля, которые обходятся вокруг оси.
Что такое "крыса-кун" и как она используется в индукционных двигателях?
-Крыса-кун - это конструкция из металлических прутов, используемых в роторах индукционных двигателей для создания индукционного эффекта и обеспечения более свободного вращения без фрикционных потерь.
Какой материал обычно используется для создания крысы-кун?
-Крыса-кун обычно делается из алюминия или других проводников, способных генерировать индукционные токи при изменении магнитного поля.
Как ламинирование статора влияет на работу индукционного двигателя?
-Ламинирование статора уменьшает внутренние индукционные токи в ядре, что снижает потерю энергии и повышает эффективность двигателя.
Какой тип двигателя подходит для приложений с необходимым управлением скоростью?
-Для приложений, где необходимо управление скоростью, лучше подходит индукционный двигатель, так как он позволяет изменять скорость вращения, изменяя частоту тока.
Как универсальный двигатель отличается от обычного асинхронного?
-Универсальный двигатель отличается от обычного асинхронного тем, что он может работать с переменным и постоянным током, благодаря использованию слипа или расщепленного коммутатора.
Outlines
🔌 Основы АК-моторов и их ограничения
В первом параграфе видеоскрипта рассматривается основная концепция АК-моторов (альтernaтивных токовых моторов). Обсуждается устройство такого мотора, включающее магнит, проходящий через обмотку, и сцепление-коммутатор, которое обеспечивает постоянную связь с переменным истоком питания. Рассматриваются недостатки АК-моторов, такие как требование высокого тока, проблемы с искрозой и тремящимисяся контактами, ограничения в скоростном регулировании и риск перегорания из-за высокого тока. Также упоминается тип АК-мотора - синхронный мотор, который работает в синхронии с частотой переменного тока.
🌀 Улучшение АК-моторов с помощью индукции
Второй параграф посвящён усовершенствованию АК-моторов, удалением его недостатков. Вводится идея замены магнитов на электромагниты для получения большего контроля над силой магнитного поля. Обсуждается создание универсального мотора, который может работать как на АК, так и на ДК, заменой сцепления-коммутаторов на разделяющиеся коммутаторы. Также рассматривается принцип создания вращающегося магнитного поля с использованием четырёх магнетов, установленных под углом 90 градусов друг к другу, и применения конденсатора для создания токов, которые находятся в фазовом отклонении друг от друга. Это позволяет создать вращающийся магнитный полюс, который заставляет постоянный магнит вращаться без фрикционных потерь.
🛠 Индукторный эффект и "крысачья ловушка" в АК-моторах
В заключительном параграфе видеоскрипта описывается индукторный эффект, который используется для создания мотора без фрикционных потерь. Вводится термин "крысачья ловушка" (squirrel cage), который представляет собой обмотку, состоящую из алюминиевых прутов с ламелированным железным сердцем, что усиливает магнитные линии и повышает эффект индукции. Обсуждается, как вращающийся магнитный полюс вызывает движение обмотки без фрикционных потерь, благодаря генерации замедленных токов, которые создают магнитные поля, противодействующие магнитному полю, вызывающем индукцию. Также упоминается важность ламинирования для снижения замедленных токов внутри сердцевины. Таким образом, индукторный мотор предоставляет более эффективное и надежное решение для применения в различных условиях.
Mindmap
Keywords
💡Электрический двигатель с переменным током (AC motor)
💡Переменное подключение (slip ring)
💡Коммутатор (commutator)
💡Синхронный двигатель (synchronous motor)
💡Ток высокого напряжения (high current)
💡Износ и трещины (sparking and brushes)
💡Электромагнит (electromagnet)
💡Универсальный двигатель (universal motor)
💡Вращающий магнитный пок (rotating magnetic field)
💡Индукционный двигатель (induction motor)
💡Эдди-тяга (eddy current)
Highlights
Introduction to AC motors and their basic functioning with a magnet and slip ring commutator.
Explanation of how the motor effect causes the ring to turn based on the current direction and magnet polarity.
Disadvantages of AC motors, including the requirement for high current, which makes them unsuitable for small current applications.
Issue of sparking and energy loss due to friction caused by brushes contacting the commutator.
Limitation of AC motors to constant speeds determined by the frequency of the alternating current supply.
Risk of burning out in AC motors due to high currents and insufficient back EMF.
Terminology clarification: AC motors with brushes are called synchronous motors because they run in sync with the supply frequency.
Advantages of removing brushes to eliminate friction and associated problems in AC motors.
Introduction of induction as a method to rotate the motor without brushes.
Definitions of AC motor components: stator (stationary electromagnets) and rotor (spinning coil or squirrel cage).
Description of a universal motor, which can operate on both AC and DC by changing the slip ring mechanism.
Explanation of how electromagnets replace permanent magnets for variable magnetic fields in AC motors.
Creation of a rotating magnetic field using electromagnets phased 90 degrees apart and a capacitor.
Use of a squirrel cage made of aluminum and iron to induce currents and generate torque without brushes.
Importance of laminated cores in squirrel cages to reduce eddy currents and increase efficiency.
Overview of the induction motor setup with multiple slightly out-of-phase electromagnets and a squirrel cage rotor.
Conclusion summarizing the induction motor's advantages over traditional AC motors.
Transcripts
and welcome to high school physically
explained and today I want to talk about
AC motors or alternating current motors
so first of all let's remind ourselves
basically what an AC motor is all about
so here we have a magnet over here and
we have in this case a slip ring
commutator and a slipping commutator
ensures that we have a constant
connection to a power supply in this
case an alternating power supply and
that causes this particular ring to turn
and of course it turns because of the
motor effect that the current as it goes
that say across this direction he will
cause it to turn depending on the
polarity of the magnets over here but
this particular type of motor has a
couple of limitations or some
disadvantages to them so let's have a
look at that so what are some of those
disadvantages to an alternating motor in
practical sense so let's have a look at
them the first thing is it requires a
high current so in essence what that
means is is that this particular design
of a motor isn't very useful we're very
small currents are needed for example a
little fan in a computer does not
require huge amounts of current so as a
result this particular type of designer
motor is not very useful for that sort
of situation the second aspect is the
fact that you have contact with the
commutator over here these brushes are
making contact and as a result you're
going to get sparking and you're going
to get heating which means friction
which means energy loss and not only
energy loss but of course those are
gonna wear out so an alternating current
motor here like this will have its
disadvantages in that the fact that this
is going to be problematic the most
important disadvantage is the fact that
it can only turn at constant speeds that
is the speed is determined by the
alternating current so let's say for
example we apply a standard voltage that
is an in your house and the frequency
that is 50 Hertz so if I were to connect
this to a 50 Hertz supply this motor
will spin at 50 Hertz if I want to
increase the speed here I would need to
increase the frequency of my alternating
supply so it's not so simple to have a
variable speed motor you need to change
the frequencies of the supplies so
that's a big disadvantage the last thing
is is of course it can burn out so it
requires high current so you already
have a high current in it has some back
EMF but the back EMF isn't very high
because of the fact that it's
alternating and as a result you're going
to have an issue of burning out because
the currents are quite high so there's a
number of disadvantages so as a result
we call this type of AC motor a
synchronous motor synchronous really
means in sync and so it's in sync with
the supply tower can we remove some of
those disadvantages well the first
disadvantage is the brushes if we can
remove the brushes we remove the
friction and so as a result we can get a
significant part of our problems out of
the way and so what we're going to do is
we're going to use induction to make a
turn how do we do that well that's what
the rest of this video is all about so
let's first of all go on with some
definitions and so he is our AC motor
and so you can see what we have here is
our slippering commutator and we have a
supply and so forth so it's very
democratic you've got nice curved
magnets here and that one's sure we get
maximum torque and so forth but clearly
there are two major parts there's the
part that spins in this case we have a
coil that spins we refer to that as the
rotor nothing new there of course the
magnets are fixed and so they are
stationary and therefore we call them
this data if you apply a voltage like
this over time it's going to go to spin
now this here is another motor it's been
pulled apart but in this case what we're
going to do is we're going to replace
the permanent magnets with
electromagnets now electromagnets means
that we can have again still a strong
magnetic field but it's variable
dependent
the input voltage supply so we're going
to have our electromagnets being our
magnetic supply at the outside and we
have the inside here that rotates so now
we have two types of course really we
have clearly the one that rotates and
that's the one we call the rotor and of
course there's a coil inside there which
we've already got in the previous
example but now we also have coils that
provide the magnetic field and they're
the ones were called stationary which we
call the stator so now let's look at a
simplistic diagram of that so here's my
permanent magnet and my permanent magnet
over here and here's my coil now this is
not a magnets place in the coil this is
a magnet that is created as a result of
a coil and clearly that will cause this
to turn within this particular magnetic
field so there's nothing stopping me
from replacing these permanent magnets
with electromagnets and of course that
will give us a little bit more control
in terms of the strength of the magnetic
field now of course that provides us the
set up for what we call a universal
motor now I've referred to this as AC
motor but of course the Nicene motor
simply has slip rings and if I replace
their slip rings with split ring
commetators I'm going to get a DC motor
so that's why we call it Universal but
again a reminder be outside the called
status and the inside is called the
rotor so they are it's Universal because
they both work on AC and DC as long as
you change the slip ring or the split
ring for that situation so now our
hearts have a look at a setup that
actually is where we have four magnets
to at 90 degrees to the other and let's
see what that does so let me explain
this situation okay so what we have here
are two magnets over here and nothing is
different to what we already have and
then we also have these two magnets over
here that do the same thing and both of
them have card inputs and as a result
they will produce a magnetic field but
of course you now have two magnetic
fields around 90 degrees to each other
but this here is a capacitor and what it
causes is that this particular magnetic
field has a supply current that is 90
degrees out of phase member with
applying an alternating current so he is
the Y component and here is the X
component and as you can see there 90
degrees out of phase but let me pause it
for a one second like so as you can see
at this particular position we have
maximum card over here in this direction
but very little in the horizontal
direction and so this red line over here
represents the sum total of the two
currents and hence also the strength of
the magnetic field so the magnetic field
is due to the fact of the sum total of
the magnetic field in this position and
the magnetic field in this position now
if I play it again and then stop it
let's say at that position you can
clearly see that in this case we have a
strong magnetic field going horizontally
this way but in this way we have
actually no current at the position over
here and so the magnetic field is
horizontal now if we go onto let's say a
symbol at this point you can clearly see
here we have both producing a magnetic
field and they add up to produce this
vector and as you can see as I play the
rest of the video
what you end up getting is a rotating
magnetic field so here's the funny thing
you are getting a stator situation but
because of the 90 degree phase you are
developing a rotating magnetic field now
hopefully you can understand that that
can be very very useful so here we have
a permanent magnet that is now placed
inside the rotating magnetic field which
is produced by these fixed magnets on
the outside so the stator that is those
electromagnets that are not moving are
actually generating a rotating magnetic
field and that is causing my permanent
magnet inside to rotate
so notice here we have no wires
connected to my magnet in the center so
this magnet is free to move without any
frictional forces applied to due to some
sort of brushes and so forth and that in
essence is really important in terms of
this type of motor but what else
produces a magnetic field
well obviously any loop of wire that is
experiencing a changing flux will
actually produce a magnetic field so
let's replace that so now what we have
here is we have our initial diagram that
you just saw a moment ago on the left
hand side and what we've done on the
outside we have is a cage looking device
and it is called a squirrel cage and
each part of that particular cage is
experiencing a change in flux which
means it'll generate a small eddy
current and that is shown in the blue
dotted lines now of course they will
always produce a magnetic field that it
poses the one that generates it so they
will be forced by away by the closest
magnet that is around them but because
of the rotating magnetic field it will
cause this to continually turn and so as
a result what we have here is an
induction effect or an induce inducing
effect producing a magnetic field that
therefore is being repelled by the very
magnetic field that is causing that
induction as a result we have this
squirrel cage turning without any
frictional problems like we have in a
normal AC motor so this is our squirrel
cage and so we have a screw okay - they
are made of aluminium and the outside is
also aluminium and that part of course
is free to rotate now the thing is is
that we will produce a little eddy
current in one of these loops now in to
increase the effect of that we in in
turn
insert a laminated iron core that
strengthens the magnetic field lines
through each of these bars and that
therefore means they will experience an
increased airy card and as a result it
will be free to turn more freely and as
a result it will experience greater
forces now the important of course is is
that this is laminated and that reduces
the eddy currents within the core itself
as well so that is an essence of what a
squirrel cage looks like in reality it's
a little bit more complex so however
here we have our electromagnets and
usually can see in our previous example
we had only four magnets to opposing
each other usually what happens is you
have a whole series of magnets over here
that are all slightly out of phase with
each other so it's not 90 degrees out of
phase there are progressively out of
phase and over here you can see you have
your rotor and these are the situation's
there's a squirrel cage over here where
the eddy currents are produced and this
is basically to increase its efficiency
so that in essence is an induction motor
hope that helps you understand the
induction motor thanks for watching bye
for now I hope
found their video useful and remember
like share and subscribe oh and if you
have a comment or a question or your
like a concept for me to explain to you
please drop a comment down below I'm
Paul from high school physics explained
bye for now
Voir Plus de Vidéos Connexes
Глава 1 Базовый Синтаксис ; День 36 ; 36.2
Mantenimiento mv1: Desmontar poleas
Обновленный Selenium и работа с прокси | Python, Selenium и proxy | Подмена IP адреса
UNREAL ENGINE 5 | Ваш ПЕРВЫЙ урок
Dongle Dual DACs Dual OP-amps | Review dan Impresi Fiio KA13 VS Fiio Q11, Acmee 4S, SXFI Indonesia
BMW F800R - Что вы получите от одного из самых дешевых БМВ ?
5.0 / 5 (0 votes)