Teško je i zamisliti kako bi moderni svijet izgledao bez istosmjernog elektromotora (i AC, usput). Svaki moderni mehanizam opremljen je električnim motorom. Može imati drugačiju svrhu, ali je njegova prisutnost, u pravilu, kritična. Očekuje se da će se u bliskoj budućnosti uloga istosmjernog motora samo povećati. Već danas, bez ovog uređaja, nemoguće je stvoriti kvalitetnu, pouzdanu i tihu opremu s podesivim brzinama. Ali to je ključ razvoja države i svjetske ekonomije u cjelini.
Iz povijesti istosmjernog motora
Tijekom eksperimenata 1821., poznati znanstvenik Faraday slučajno je otkrio da magnet i provodnik koji nosi struju nekakoutječu jedni na druge. Konkretno, trajni magnet može uzrokovati rotaciju jednostavnog strujnog kruga vodiča. Rezultati ovih eksperimenata korišteni su za daljnja istraživanja.
Već 1833. Thomas Davenport stvorio je model vlaka s malim električnim motorom koji ga je mogao voziti.
Godine 1838. u Ruskom Carstvu izgrađen je putnički brod za 12 sjedala. Kada je ovaj čamac na električni motor krenuo protiv struje Nevom, izazvao je pravu eksploziju emocija u znanstvenoj zajednici i ne samo.
Kako radi DC motor
Ako rad pogledate površno, kao što to rade u školi na satu fizike, može se činiti da u njemu nema apsolutno ničeg kompliciranog. Ali ovo je samo na prvi pogled. Zapravo, znanost o električnom pogonu jedna je od najtežih u ciklusu tehničkih disciplina. Tijekom rada elektromotora dolazi do niza složenih fizikalnih pojava, koje još uvijek nisu u potpunosti shvaćene i koje se objašnjavaju raznim hipotezama i pretpostavkama.
U pojednostavljenoj verziji, princip rada istosmjernog motora može se opisati na sljedeći način. Provodnik je postavljen u magnetsko polje i kroz njega prolazi struja. Štoviše, ako uzmemo u obzir poprečni presjek vodiča, oko njega nastaju koncentrični krugovi nevidljive sile - to je magnetsko polje koje nastaje strujom u vodiču. Kao što je već spomenuto, ova magnetska polja su nevidljiva ljudskom oku. Ali postoji jednostavan trik koji vam omogućuje da ih vizualno promatrate. Najlakši način je napraviti rupu u šperploči ili debelom listu papira kroz koju ćete provući žicu. U tom slučaju, površina u blizini rupe mora biti prekrivena tankim slojem fino raspršenog magnetskog metalnog praha (može se koristiti i fina piljevina). Kada je krug zatvoren, čestice praha se nižu u obliku magnetskog polja.
Zapravo, princip rada DC motora temelji se na ovom fenomenu. Između sjevernog i južnog pola magneta u obliku slova U postavljen je vodič kroz koji teče struja. Kao rezultat interakcije magnetskih polja, žica se pokreće. Smjer kretanja ovisi o tome kako su stupovi postavljeni, a može se precizno odrediti takozvanim pravilom gimleta.
Amperska snaga
Sila koja gura vodič sa strujom iz polja stalnog magneta naziva se Amperova sila - prema poznatom istraživaču električnih fenomena. Jedinica struje također je nazvana po njemu.
Da biste pronašli brojčanu vrijednost ove sile, trebate pomnožiti struju u vodiču koji se razmatra s njegovom duljinom i veličinom (vektorom) magnetskog polja.
Formula će izgledati ovako:
F=IBL.
Model najjednostavnijeg motora
Ugrubo govoreći, da biste napravili najprimitivniji motor, trebate postaviti okvir od vodljivog materijala (žicu) u magnetsko polje i napajati ga strujom. Okvir će se zarotirati pod određenim kutom i zaustaviti. Ova pozicija na slengu stručnjaka upodručje električnog pogona naziva se "mrtvo". Razlog zastoja je taj što su magnetska polja, da tako kažem, kompenzirana. Drugim riječima, to se događa kada rezultantna sila postane jednaka nuli. Stoga uređaj istosmjernog motora uključuje ne jedan, već nekoliko okvira. U pravoj industrijskoj jedinici (koja je instalirana na opremi) takvih elementarnih krugova može biti jako, jako puno. Dakle, kada su sile izbalansirane na jednom okviru, drugi okvir ga izvlači iz "stupora".
Značajke uređaja motora različite snage
Čak i osoba koja je daleko od svijeta elektrotehnike odmah će shvatiti da bez izvora stalnog magnetskog polja jednostavno nema govora ni o jednom DC elektromotoru. Kao takvi izvori koriste se različiti uređaji.
Za istosmjerne motore male snage (12 volti ili manje), trajni magnet je idealno rješenje. Ali ova opcija nije prikladna za jedinice velike snage i veličine: magneti će biti preskupi i teški. Stoga je za istosmjerne motore od 220 V ili više svrsishodnije koristiti induktor (namot polja). Da bi induktor postao izvor magnetskog polja, mora se napajati.
Dizajn električnog motora
Općenito, dizajn bilo kojeg istosmjernog motora uključuje sljedeće elemente:kolektor, stator i armatura.
Armatura služi kao nosivi element namota motora. Sastoji se od tankih čeličnih limova za električne svrhe s utorima oko perimetra za polaganje žice. Materijal izrade u ovom slučaju je vrlo važan. Kao što je već spomenuto, koristi se električni čelik. Ovaj stupanj materijala karakterizira velika umjetno uzgojena veličina zrna i mekoća (kao rezultat niskog sadržaja ugljika). Osim toga, cijela konstrukcija se sastoji od tankih, izoliranih listova. Sve to ne dopušta pojavu parazitskih struja i sprječava pregrijavanje armature.
Stator je fiksni dio. Obavlja ulogu magneta o kojoj smo ranije govorili. Za demonstraciju rada modela motora u laboratoriju, radi jasnoće i boljeg razumijevanja principa, koristi se stator s dva pola. Pravi industrijski motori koriste uređaje s velikim brojem parova polova.
Kolektor je prekidač (konektor) koji opskrbljuje strujom krugove namota istosmjernog motora. Njegova prisutnost je strogo neophodna. Bez toga, motor će raditi trzavo, a ne glatko.
Variete motora
Ne postoji jedan univerzalni motor koji bi se koristio u apsolutno svim granama tehnologije i nacionalnog gospodarstva i ispunjavao sve zahtjeve u području sigurnosti i pouzdanosti tijekom rada.
Trebali biste biti vrlo oprezni pri odabiru DC motora. Popravak je izuzetno težak i skuppostupak koji može izvesti samo odgovarajuće kvalificirano osoblje. A ako dizajn i mogućnosti motora ne zadovoljavaju zahtjeve, tada će se značajna sredstva potrošiti na popravke.
Postoje četiri glavne vrste DC motora: brušeni, inverterski, unipolarni i univerzalni brušeni istosmjerni motori. Svaka od ovih vrsta ima svoje pozitivne i negativne osobine. Treba dati kratak opis svakog od njih.
DC brušeni motori
Postoji veliki broj mogućih načina implementacije motora ovog tipa: jedan kolektor i paran broj krugova, nekoliko kolektora i nekoliko krugova namota, tri kolektora i isti broj zavoja namota, četiri kolektora i dva namotani zavoji, četiri kolektora i četiri kruga na sidru, i na kraju - osam kolektora sa sidrom bez okvira.
Ovu vrstu motora karakterizira usporedna jednostavnost izvedbe i proizvodnje. Zbog toga je postao poznat kao univerzalni motor, čija je primjena vrlo široka: od igračaka radio-upravljanih automobila do vrlo složenih i visokotehnoloških CNC alatnih strojeva proizvedenih u Njemačkoj ili Japanu.
O inverter motorima
Općenito, ovaj tip motora je vrlo sličan kolektoru i ima iste prednosti i nedostatke. Jedina razlika je u mehanizmu pokretanja: on je višesavršeno, što vam omogućuje da jednostavno promijenite brzinu i prilagodite brzinu rotora. Dakle, performanse ovog tipa DC motora su superiornije od kolektorskih motora u brojnim parametrima.
Ali ako u nečemu postoji dobitak, onda će u nekim stvarima biti i gubitak. Ovo je nepobitni zakon svemira. Dakle, u ovom slučaju: superiornost osigurava prilično složena i hirovita tehnika, koja često ne uspijeva. Prema iskusnim stručnjacima, popravak istosmjernih motora s inverterskim tipom prilično je teško izvesti. Ponekad čak ni iskusni električari ne mogu dijagnosticirati kvar u sustavu.
Značajke unipolarnih istosmjernih motora
Princip rada ostaje isti i temelji se na interakciji magnetskih polja vodiča sa strujom i magnetom. Ali strujni vodič nije žica, već disk koji rotira oko osi. Struja se dovodi na sljedeći način: jedan kontakt se zatvara na metalnoj osi, a drugi, kroz takozvanu četku, povezuje rub metalnog kruga. Takav motor, kao što se može vidjeti, ima prilično složen dizajn i stoga često ne uspijeva. Glavna primjena su znanstvena istraživanja u području fizike električne energije i električnog pogona.
Značajke univerzalnih komutatorskih motora
U principu, ovaj tip motora ne nosi ništa novo. Ali ima vrlo važnu značajku - sposobnost rada kaoiz DC mreže i iz AC mreže. Ponekad ovo njegovo svojstvo može uštedjeti značajan novac na popravku i modernizaciji opreme.
Frekvencija izmjenične struje je strogo regulirana i iznosi 50 Herca. Drugim riječima, smjer kretanja negativno nabijenih čestica mijenja se 50 puta u sekundi. Neki pogrešno vjeruju da rotor elektromotora također mora mijenjati smjer rotacije (u smjeru kazaljke na satu - suprotno od kazaljke na satu) 50 puta u sekundi. Da je to istina, onda bi bilo kakva korisna primjena AC elektromotora ne dolazi u obzir. Što se događa u stvarnosti: struja namota armature i statora sinkronizira se pomoću najjednostavnijih kondenzatora. I stoga, kada se promijeni smjer struje na armaturnom okviru, mijenja se i njegov smjer na statoru. Dakle, rotor se stalno okreće u jednom smjeru.
Nažalost, učinkovitost ovog tipa DC motora je mnogo niža od one inverterskih i unipolarnih motora. Stoga je njegova upotreba ograničena na prilično uska područja - gdje je potrebno postići maksimalnu pouzdanost pod svaku cijenu, bez uzimanja u obzir operativnih troškova (na primjer, vojno inženjerstvo).
Završne odredbe
Tehnologija ne miruje, a danas se mnoge znanstvene škole diljem svijeta međusobno natječu i nastoje stvoriti jeftin i ekonomičan motor visoke učinkovitosti i performansi. Snaga istosmjernih elektromotora raste iz godine u godinu, dok njihovapotrošnja energije.
Znanstvenici predviđaju da će budućnost odrediti električna oprema, a doba nafte će uskoro završiti.
