Težko si je predstavljati, kako bi izgledal sodobni svet brez enosmernega elektromotorja (in AC, mimogrede). Vsak sodoben mehanizem je opremljen z električnim motorjem. Lahko ima drugačen namen, vendar je njegova prisotnost praviloma kritična. Pričakuje se, da se bo v bližnji prihodnosti vloga enosmernega motorja le povečala. Že danes brez te naprave ni mogoče ustvariti kakovostne, zanesljive in tihe opreme z nastavljivimi hitrostmi. Toda to je ključ do razvoja države in svetovnega gospodarstva kot celote.
Iz zgodovine enosmernega motorja
Med poskusi leta 1821 je slavni znanstvenik Faraday po naključju odkril, da magnet in prevodnik s tokom nekakovplivajo drug na drugega. Zlasti trajni magnet lahko povzroči vrtenje enostavnega tokovnega vodnika. Rezultati teh poskusov so bili uporabljeni za nadaljnje raziskave.
Thomas Davenport je že leta 1833 ustvaril model vlaka z majhnim električnim motorjem, ki ga je lahko vozil.
Leta 1838 je bil v Ruskem cesarstvu zgrajen potniški čoln za 12 sedežev. Ko je ta čoln na električni motor šel proti toku po Nevi, je povzročil pravo eksplozijo čustev v znanstveni skupnosti in ne samo.
Kako deluje enosmerni motor
Če na delo pogledate površno, tako kot v šoli pri pouku fizike, se morda zdi, da v njem ni čisto nič zapletenega. Ampak to je le na prvi pogled. Pravzaprav je znanost o električnem pogonu ena najtežjih v ciklu tehničnih disciplin. Med delovanjem elektromotorja se pojavljajo številni kompleksni fizikalni pojavi, ki še vedno niso povsem razumljeni in jih razlagamo z različnimi hipotezami in predpostavkami.
V poenostavljeni različici lahko načelo delovanja enosmernega motorja opišemo na naslednji način. Prevodnik je postavljen v magnetno polje in skozenj teče tok. Poleg tega, če upoštevamo presek prevodnika, potem okoli njega nastanejo nevidni koncentrični krogi sile - to je magnetno polje, ki ga tvori tok v prevodniku. Kot smo že omenili, so ta magnetna polja človeškemu očesu nevidna. Obstaja pa preprost trik, ki vam omogoča, da jih vizualno opazujete. Najlažji način je, da naredite luknjo v vezanem lesu ali debelem listu papirja, skozi katero boste spustili žico. V tem primeru mora biti površina v bližini luknje prekrita s tanko plastjo fino razpršenega magnetnega kovinskega prahu (lahko se uporabi tudi fina žagovina). Ko je vezje zaprto, se prašni delci poravnajo v obliki magnetnega polja.
Pravzaprav princip delovanja enosmernega motorja temelji na tem pojavu. Med severnim in južnim polom magneta v obliki črke U je nameščen prevodnik s tokom. Kot rezultat interakcije magnetnih polj se žica začne premikati. Smer gibanja je odvisna od položaja palic in jo je mogoče natančno določiti s tako imenovanim pravilom gimlet.
Amperska moč
Sila, ki potisne prevodnik s tokom iz polja trajnega magneta, se imenuje Amperova sila – po slavnem raziskovalcu električnih pojavov. Po njem je poimenovana tudi enota toka.
Da bi našli številčno vrednost te sile, morate tok v obravnavanem prevodniku pomnožiti z njegovo dolžino in z velikostjo (vektorjem) magnetnega polja.
Formula bo videti takole:
F=IBL.
Model najpreprostejšega motorja
Grobo rečeno, za izdelavo najbolj primitivnega motorja morate postaviti okvir iz prevodnega materiala (žico) v magnetno polje in ga napajati s tokom. Okvir se bo zasukal do določenega kota in se ustavil. To stališče na slengu strokovnjakov vobmočje električnega pogona se imenuje "mrtvo". Razlog za zaustavitev je, da so magnetna polja tako rekoč kompenzirana. Z drugimi besedami, to se zgodi, ko rezultantna sila postane enaka nič. Zato naprava enosmernega motorja ne vključuje enega, temveč več okvirjev. V pravi industrijski enoti (ki je nameščena na opremi) je lahko zelo, zelo veliko takšnih elementarnih vezij. Torej, ko so sile na enem okvirju uravnovešene, ga drugi okvir pripelje iz "omamljenosti".
Lastnosti naprave motorjev različnih moči
Tudi človek, ki je daleč od sveta elektrotehnike, bo takoj ugotovil, da brez vira konstantnega magnetnega polja preprosto ni govora o nobenem enosmernem elektromotorju. Kot taki viri se uporabljajo različne naprave.
Za enosmerne motorje nizke moči (12 voltov ali manj) je trajni magnet idealna rešitev. Toda ta možnost ni primerna za enote velike moči in velikosti: magneti bodo predragi in težki. Zato je za enosmerne motorje 220 V ali več bolj smiselno uporabiti induktor (poljsko navitje). Da bi induktor postal vir magnetnega polja, ga je treba napajati.
Zasnova električnega motorja
Na splošno zasnova katerega koli enosmernega motorja vključuje naslednje elemente:kolektor, stator in armatura.
Armatura služi kot nosilni element za navitje motorja. Sestavljen je iz tankih jeklenih listov za električne namene z utori po obodu za polaganje žice. Material izdelave je v tem primeru zelo pomemben. Kot smo že omenili, se uporablja električno jeklo. Za ta razred materiala je značilna velika umetno pridelana velikost zrn in mehkoba (zaradi nizke vsebnosti ogljika). Poleg tega je celotna konstrukcija sestavljena iz tankih, izoliranih listov. Vse to ne dopušča nastanka parazitskih tokov in preprečuje pregrevanje armature.
Stator je fiksni del. Opravlja vlogo magneta, o katerem smo govorili prej. Za prikaz delovanja modelnega motorja v laboratoriju, zaradi jasnosti in boljšega razumevanja principov, se uporablja stator z dvema poloma. Pravi industrijski motorji uporabljajo naprave z velikim številom parov polov.
Kolektor je stikalo (konektor), ki dovaja tok v vezje navitja enosmernega motorja. Njegova prisotnost je nujno potrebna. Brez tega bo motor deloval sunkovito, ne gladko.
Različice motorjev
Ni enega univerzalnega motorja, ki bi se uporabljal v absolutno vseh vejah tehnologije in nacionalnega gospodarstva ter bi izpolnjeval vse zahteve na področju varnosti in zanesljivosti med delovanjem.
Pri izbiri enosmernega motorja morate biti zelo previdni. Popravilo je izjemno težko in dragopostopek, ki ga lahko izvede le ustrezno usposobljeno osebje. In če zasnova in zmogljivosti motorja ne ustrezajo zahtevam, bodo znatna sredstva porabljena za popravila.
Obstajajo štiri glavne vrste enosmernih motorjev: krtačni, inverterski, unipolarni in univerzalni brušeni enosmerni motorji. Vsaka od teh vrst ima svoje pozitivne in negativne lastnosti. Navedite kratek opis vsakega od njih.
DC brušeni motorji
Obstaja veliko možnih načinov izvedbe motorjev te vrste: en kolektor in sodo število vezij, več kolektorjev in več navitij, trije kolektorji in enako število zavojev, štirje kolektorji in dva zavoji navitja, štirje kolektorji in štirje tokokrogi na sidru in končno - osem kolektorjev s sidrom brez okvirja.
Za ta tip motorja je značilna sorazmerna enostavnost izvedbe in izdelave. Zaradi tega je postal znan kot univerzalni motor, katerega uporaba je zelo obsežna: od igralnih radijsko vodenih avtomobilov do zelo zapletenih in visokotehnoloških CNC obdelovalnih strojev, izdelanih v Nemčiji ali na Japonskem.
O inverterskih motorjih
Na splošno je ta tip motorja zelo podoben kolektorju in ima enake prednosti in slabosti. Edina razlika je v mehanizmu zagona: je večpopolno, kar vam omogoča enostavno obračanje hitrosti in prilagajanje vrtljajev rotorja. Tako je zmogljivost te vrste enosmernih motorjev boljša od kolektorskih motorjev v številnih parametrih.
Toda če je v nečem dobiček, bo v nekaterih stvareh izguba. To je nesporen zakon vesolja. Torej v tem primeru: superiornost zagotavlja precej zapletena in muhasta tehnika, ki pogosto ne uspe. Po mnenju izkušenih strokovnjakov je popravilo enosmernih motorjev inverterskega tipa precej težko izvesti. Včasih tudi izkušeni električarji ne morejo diagnosticirati okvare v sistemu.
Lastnosti unipolarnih enosmernih motorjev
Načelo delovanja ostaja enako in temelji na interakciji magnetnih polj prevodnika s tokom in magnetom. Toda tokovni prevodnik ni žica, ampak disk, ki se vrti okoli osi. Tok se napaja na naslednji način: en kontakt se zapre na kovinski osi, drugi pa skozi tako imenovano krtačo povezuje rob kovinskega kroga. Tak motor, kot je razvidno, ima precej zapleteno zasnovo in zato pogosto odpove. Glavna uporaba so znanstvene raziskave na področju fizike elektrike in električnega pogona.
Lastnosti univerzalnih komutatorskih motorjev
Načeloma ta tip motorja ne nosi nič novega. Ima pa zelo pomembno lastnost - sposobnost dela kotiz omrežja DC in iz omrežja AC. Včasih lahko ta njegova lastnost prihrani znaten denar pri popravilu in posodobitvi opreme.
Frekvenca izmeničnega toka je strogo regulirana in je 50 Hertz. Z drugimi besedami, smer gibanja negativno nabitih delcev se spremeni 50-krat na sekundo. Nekateri zmotno verjamejo, da mora rotor elektromotorja spremeniti tudi smer vrtenja (v nasprotni smeri urinega kazalca) 50-krat na sekundo. Če bi bilo to res, potem kakršna koli uporabna uporaba elektromotorjev na izmenični tok ne bi prišlo v poštev. Kaj se zgodi v resnici: tok armature in statorskih navitij je sinhroniziran z uporabo najpreprostejših kondenzatorjev. In zato, ko se spremeni smer toka na okvirju armature, se spremeni tudi njegova smer na statorju. Tako se rotor nenehno vrti v eno smer.
Žal je učinkovitost te vrste enosmernih motorjev veliko nižja kot pri inverterskih in unipolarnih motorjih. Zato je njegova uporaba omejena na precej ozka področja - kjer je treba za vsako ceno doseči največjo zanesljivost, ne da bi upoštevali obratovalne stroške (na primer vojaški inženiring).
končne klavzule
Tehnologija ne miruje in danes številne znanstvene šole po vsem svetu tekmujejo med seboj in si prizadevajo ustvariti poceni in varčen motor z visoko učinkovitostjo in zmogljivostjo. Moč enosmernih elektromotorjev iz leta v leto narašča, medtem ko njihovaporaba energije.
Znanstveniki napovedujejo, da bo prihodnost določala električna oprema, doba nafte pa se bo kmalu končala.
