Je ťažké si čo i len predstaviť, ako by vyzeral moderný svet bez jednosmerného elektromotora (mimochodom aj striedavého). Každý moderný mechanizmus je vybavený elektromotorom. Môže mať iný účel, ale jeho prítomnosť je spravidla kritická. Očakáva sa, že v blízkej budúcnosti bude úloha jednosmerného motora len narastať. Už dnes bez tohto zariadenia nie je možné vytvoriť kvalitné, spoľahlivé a tiché zariadenie s nastaviteľnými otáčkami. Ale toto je kľúč k rozvoju štátu a svetovej ekonomiky ako celku.
Z histórie jednosmerného motora
Počas experimentov v roku 1821 známy vedec Faraday náhodou zistil, že magnet a vodič s prúdom nejakosa navzájom ovplyvňovať. Najmä permanentný magnet môže spôsobiť rotáciu jednoduchého obvodu vodiča s prúdom. Výsledky týchto experimentov boli použité na ďalší výskum.
Už v roku 1833 vytvoril Thomas Davenport model vlaku s malým elektromotorom, ktorý ho dokáže poháňať.
V roku 1838 bola v Ruskej ríši postavená osobná loď pre 12 miest. Keď sa tento čln poháňaný elektromotorom vydal proti prúdu pozdĺž Nevy, spôsobilo to skutočnú explóziu emócií nielen vo vedeckej komunite.
Ako funguje jednosmerný motor
Ak sa na prácu pozriete povrchne, ako to robia v škole na hodinách fyziky, môže sa zdať, že v nej nie je absolútne nič zložité. Ale to je len na prvý pohľad. V skutočnosti je veda o elektrickom pohone jednou z najťažších v kolobehu technických disciplín. Počas prevádzky elektromotora dochádza k množstvu zložitých fyzikálnych javov, ktoré dodnes nie sú úplne pochopené a vysvetľujú sa rôznymi hypotézami a predpokladmi.
V zjednodušenej verzii možno princíp činnosti jednosmerného motora opísať nasledovne. Vodič je umiestnený v magnetickom poli a prechádza ním prúd. Navyše, ak vezmeme do úvahy prierez vodiča, potom okolo neho vznikajú neviditeľné silové sústredné kruhy - to je magnetické pole, ktoré je tvorené prúdom vo vodiči. Ako už bolo spomenuté, tieto magnetické polia sú pre ľudské oko neviditeľné. Existuje však jednoduchý trik, ktorý vám umožní ich vizuálne pozorovať. Najjednoduchším spôsobom je urobiť otvor do preglejky alebo hrubého listu papiera, cez ktorý prevlečiete drôt. V tomto prípade musí byť povrch v blízkosti otvoru pokrytý tenkou vrstvou jemne rozptýleného magnetického kovového prášku (možno použiť aj jemné piliny). Keď je okruh uzavretý, častice prášku sa zoradia do tvaru magnetického poľa.
V skutočnosti je princíp činnosti jednosmerného motora založený na tomto jave. Medzi severným a južným pólom magnetu v tvare U je umiestnený vodič s prúdom. V dôsledku interakcie magnetických polí sa drôt dáva do pohybu. Smer pohybu závisí od toho, ako sú umiestnené palice, a dá sa presne určiť takzvaným gimletovým pravidlom.
Ampérová sila
Sila, ktorá vytláča vodič s prúdom z poľa permanentného magnetu, sa nazýva ampérova sila – podľa slávneho výskumníka elektrických javov. Po ňom je pomenovaná aj jednotka prúdu.
Ak chcete nájsť číselnú hodnotu tejto sily, musíte vynásobiť prúd v uvažovanom vodiči jeho dĺžkou a veľkosťou (vektorom) magnetického poľa.
Vzorec bude vyzerať takto:
F=IBL.
Model najjednoduchšieho motora
Zhruba povedané, na zostrojenie najprimitívnejšieho motora je potrebné umiestniť rám z vodivého materiálu (drôtu) do magnetického poľa a napájať ho prúdom. Rám sa otočí do určitého uhla a zastaví sa. Táto pozícia na slangu špecialistov voblasť elektrického pohonu sa nazýva "mŕtva". Dôvodom zastavenia je, že magnetické polia sú takpovediac kompenzované. Inými slovami, stane sa to, keď sa výsledná sila rovná nule. Preto zariadenie s jednosmerným motorom obsahuje nie jeden, ale niekoľko rámov. V skutočnej priemyselnej jednotke (ktorá je inštalovaná na zariadení) môže byť veľmi, veľmi veľa takýchto základných obvodov. Takže, keď sú sily v jednej snímke vyvážené, druhá snímka ju vyvedie zo „stuporu“.
Vlastnosti zariadenia motorov rôzneho výkonu
Aj človek, ktorý má do sveta elektrotechniky ďaleko, si hneď uvedomí, že bez zdroja konštantného magnetického poľa o žiadnom jednosmernom elektromotore jednoducho nemôže byť ani reči. Ako zdroje sa používajú rôzne zariadenia.
Pre jednosmerné motory s nízkym výkonom (12 voltov alebo menej) je ideálnym riešením permanentný magnet. Táto možnosť však nie je vhodná pre jednotky veľkého výkonu a veľkosti: magnety budú príliš drahé a ťažké. Preto je pre jednosmerné motory s napätím 220 V a viac účelnejšie použiť tlmivku (vinutie poľa). Aby sa induktor stal zdrojom magnetického poľa, musí byť napájaný.
Konštrukcia elektrického motora
Vo všeobecnosti konštrukcia akéhokoľvek jednosmerného motora zahŕňa nasledujúce prvky:kolektor, stator a kotva.
Kotva slúži ako nosný prvok pre vinutie motora. Skladá sa z tenkých oceľových plechov na elektrotechnické účely s drážkami po obvode na uloženie drôtu. Výrobný materiál je v tomto prípade veľmi dôležitý. Ako už bolo uvedené, používa sa elektrooceľ. Tento druh materiálu sa vyznačuje veľkou umelo pestovanou zrnitosťou a mäkkosťou (v dôsledku nízkeho obsahu uhlíka). Navyše celá konštrukcia pozostáva z tenkých, izolovaných plechov. Toto všetko neumožňuje vznik parazitných prúdov a zabraňuje prehriatiu kotvy.
Stator je pevná časť. Plní úlohu magnetu diskutovaného vyššie. Na ukážku fungovania modelového motora v laboratóriu slúži pre názornosť a lepšie pochopenie princípov stator s dvoma pólmi. Skutočné priemyselné motory používajú zariadenia s veľkým počtom pólových párov.
Kolektor je spínač (konektor), ktorý dodáva prúd do obvodov vinutia jednosmerného motora. Jeho prítomnosť je nevyhnutne potrebná. Bez nej bude motor bežať trhavo, nie plynulo.
Rôzne motory
Neexistuje jeden univerzálny motor, ktorý by sa používal absolútne vo všetkých odvetviach techniky a národného hospodárstva a spĺňal všetky požiadavky v oblasti bezpečnosti a spoľahlivosti počas prevádzky.
Pri výbere jednosmerného motora by ste mali byť veľmi opatrní. Oprava je mimoriadne náročná a nákladnápostup, ktorý môže vykonávať len vhodne kvalifikovaný personál. A ak konštrukcia a možnosti motora nespĺňajú požiadavky, potom sa vynaložia značné prostriedky na opravy.
Existujú štyri hlavné typy jednosmerných motorov: kartáčované, invertorové, unipolárne a univerzálne kartáčované jednosmerné motory. Každý z týchto typov má svoje pozitívne a negatívne vlastnosti. Mal by sa uviesť stručný popis každého z nich.
DC kartáčované motory
Existuje veľké množstvo možných spôsobov implementácie motorov tohto typu: jeden kolektor a párny počet okruhov, niekoľko kolektorov a niekoľko okruhov vinutia, tri kolektory a rovnaký počet závitov vinutia, štyri kolektory a dva závity vinutia, štyri kolektory a štyri okruhy na kotve a nakoniec - osem kolektorov s kotvou bez rámu.
Tento typ motora sa vyznačuje porovnateľnou jednoduchosťou prevedenia a výroby. Z tohto dôvodu sa stal známym ako univerzálny motor, ktorého použitie je veľmi široké: od hračkárskych rádiom riadených áut až po veľmi zložité a high-tech CNC obrábacie stroje vyrobené v Nemecku alebo Japonsku.
O invertorových motoroch
Vo všeobecnosti je tento typ motora veľmi podobný kolektoru a má rovnaké výhody a nevýhody. Jediný rozdiel je v spúšťacom mechanizme: je to viacperfektný, čo vám umožní jednoducho obrátiť otáčky a upraviť otáčky rotora. Výkon tohto typu jednosmerného motora je teda v mnohých parametroch lepší ako kolektorové motory.
Ak je však v niečom zisk, v niektorých veciach bude aj strata. Toto je nepopierateľný zákon vesmíru. Takže v tomto prípade: nadradenosť je poskytovaná pomerne zložitou a rozmarnou technikou, ktorá často zlyhá. Podľa skúsených odborníkov je oprava jednosmerných motorov invertorového typu pomerne náročná. Niekedy ani skúsení elektrikári nedokážu diagnostikovať poruchu v systéme.
Vlastnosti unipolárnych jednosmerných motorov
Princíp činnosti zostáva rovnaký a je založený na interakcii magnetických polí vodiča s prúdom a magnetom. Ale prúdový vodič nie je drôt, ale disk rotujúci na osi. Prúd sa dodáva takto: jeden kontakt sa zatvára na kovovej osi a druhý cez takzvanú kefu spája okraj kovového kruhu. Takýto motor, ako je vidieť, má pomerne zložitý dizajn, a preto často zlyhá. Hlavnou aplikáciou je vedecký výskum v oblasti fyziky elektriny a elektrického pohonu.
Vlastnosti univerzálnych komutátorových motorov
Tento typ motora v zásade nenesie nič nové. Ale má veľmi dôležitú vlastnosť - schopnosť pracovať akoz jednosmernej siete a zo siete striedavého prúdu. Niekedy táto jeho vlastnosť môže ušetriť značné peniaze na opravu a modernizáciu zariadení.
Frekvencia striedavého prúdu je prísne regulovaná a je 50 Hertzov. Inými slovami, smer pohybu negatívne nabitých častíc sa mení 50-krát za sekundu. Niektorí sa mylne domnievajú, že aj rotor elektromotora musí zmeniť smer otáčania (v smere hodinových ručičiek - proti smeru hodinových ručičiek) 50-krát za sekundu. Ak by to bola pravda, potom by akákoľvek užitočná aplikácia striedavých elektromotorov neprichádzala do úvahy. Čo sa deje v skutočnosti: prúd vinutia kotvy a statora je synchronizovaný pomocou najjednoduchších kondenzátorov. A preto, keď sa zmení smer prúdu na ráme kotvy, zmení sa aj jeho smer na statore. Rotor sa teda neustále otáča jedným smerom.
Bohužiaľ, účinnosť tohto typu jednosmerného motora je oveľa nižšia ako u invertorových a unipolárnych motorov. Preto je jeho použitie obmedzené na pomerne úzke oblasti - kde je potrebné získať maximálnu spoľahlivosť za každú cenu, bez zohľadnenia prevádzkových nákladov (napríklad vojenské inžinierstvo).
Záverečné ustanovenia
Technológia nestojí na mieste a dnes mnohé vedecké školy po celom svete medzi sebou súťažia a snažia sa vytvoriť lacný a ekonomický motor s vysokou účinnosťou a výkonom. Výkon jednosmerných elektromotorov z roka na rok rastie, pričom ichspotreba energie.
Vedci predpovedajú, že budúcnosť bude určovať elektrické zariadenia a vek ropy sa čoskoro skončí.
