Je těžké si vůbec představit, jak by vypadal moderní svět bez stejnosměrného elektromotoru (a mimochodem střídavého). Každý moderní mechanismus je vybaven elektromotorem. Může mít jiný účel, ale jeho přítomnost je zpravidla kritická. Očekává se, že v blízké budoucnosti bude role stejnosměrného motoru jen narůstat. Již dnes bez tohoto zařízení nelze vytvořit kvalitní, spolehlivé a tiché zařízení s nastavitelnými otáčkami. Ale to je klíč k rozvoji státu a světové ekonomiky jako celku.
Z historie stejnosměrného motoru
Během experimentů v roce 1821 slavný vědec Faraday náhodou objevil, že magnet a vodič s proudem nějakvzájemně se ovlivňovat. Zejména permanentní magnet může způsobit rotaci jednoduchého obvodu vodiče s proudem. Výsledky těchto experimentů byly použity pro další výzkum.
Již v roce 1833 vytvořil Thomas Davenport model vlaku s malým elektromotorem schopným jej řídit.
V roce 1838 byla v Ruské říši postavena osobní loď pro 12 míst. Když se tento člun poháněný elektromotorem vydal proti proudu podél Něvy, způsobilo to skutečnou explozi emocí nejen ve vědecké komunitě.
Jak funguje stejnosměrný motor
Pokud se na práci podíváte povrchně, jako to dělají ve škole v hodinách fyziky, může se zdát, že v ní není absolutně nic složitého. Ale to je jen na první pohled. Ve skutečnosti je věda o elektrickém pohonu jednou z nejobtížnějších v koloběhu technických disciplín. Při provozu elektromotoru dochází k řadě složitých fyzikálních jevů, které stále nejsou zcela pochopeny a jsou vysvětlovány různými hypotézami a předpoklady.
Ve zjednodušené verzi lze princip činnosti stejnosměrného motoru popsat následovně. Vodič je umístěn v magnetickém poli a prochází jím proud. Navíc, pokud vezmeme v úvahu průřez vodiče, pak kolem něj vznikají neviditelné silové soustředné kruhy - to je magnetické pole, které je tvořeno proudem ve vodiči. Jak již bylo zmíněno, tato magnetická pole jsou pro lidské oko neviditelná. Existuje ale jednoduchý trik, který vám umožní je vizuálně pozorovat. Nejjednodušší způsob je udělat otvor v překližce nebo silném listu papíru, kterým protáhnete drát. V tomto případě musí být povrch v blízkosti otvoru pokryt tenkou vrstvou jemně rozptýleného magnetického kovového prášku (lze použít i jemné piliny). Když je okruh uzavřen, částice prášku se seřadí do tvaru magnetického pole.
Princip činnosti stejnosměrného motoru je ve skutečnosti založen na tomto jevu. Mezi severním a jižním pólem magnetu ve tvaru U je umístěn vodič s proudem. V důsledku interakce magnetických polí se drát dává do pohybu. Směr pohybu závisí na tom, jak jsou tyče umístěny, a lze jej přesně určit pomocí takzvaného pravidla gimlet.
Ampérová síla
Síla, která vytlačuje vodič s proudem z pole permanentního magnetu, se nazývá Ampérova síla – podle slavného výzkumníka elektrických jevů. Jednotka proudu je také pojmenována po něm.
Abyste našli číselnou hodnotu této síly, musíte vynásobit proud v uvažovaném vodiči jeho délkou a velikostí (vektorem) magnetického pole.
Vzorec bude vypadat takto:
F=IBL.
Model nejjednoduššího motoru
Zhruba řečeno, k sestavení nejprimitivnějšího motoru potřebujete umístit rám z vodivého materiálu (drátu) do magnetického pole a napájet jej proudem. Rám se otočí do určitého úhlu a zastaví se. Tato pozice na slangu specialistů voblast elektrického pohonu se nazývá "mrtvá". Důvodem zastavení je, že magnetická pole jsou takříkajíc kompenzována. Jinými slovy, k tomu dojde, když se výsledná síla rovná nule. Proto zařízení stejnosměrného motoru obsahuje ne jeden, ale několik rámů. Ve skutečné průmyslové jednotce (která je instalována na zařízení) může být velmi, velmi mnoho takových elementárních obvodů. Takže, když jsou síly na jednom snímku vyvážené, druhý snímek jej vyvede z „stuporu“.
Vlastnosti zařízení motorů různého výkonu
I člověk, který má do světa elektrotechniky hodně daleko, si hned uvědomí, že bez zdroje konstantního magnetického pole není o žádném stejnosměrném elektromotoru prostě řeč. Jako takové zdroje se používá celá řada zařízení.
Pro stejnosměrné motory s nízkým výkonem (12 voltů nebo méně) je ideálním řešením permanentní magnet. Tato možnost však není vhodná pro jednotky velkého výkonu a velikosti: magnety budou příliš drahé a těžké. Proto je pro stejnosměrné motory 220 V a více účelnější použít induktor (budící vinutí). Aby se induktor stal zdrojem magnetického pole, musí být napájen.
Design elektrického motoru
Obecně platí, že konstrukce jakéhokoli stejnosměrného motoru zahrnuje následující prvky:kolektor, stator a kotva.
Kotva slouží jako nosný prvek pro vinutí motoru. Skládá se z tenkých ocelových plechů pro elektrotechnické účely s drážkami po obvodu pro uložení drátu. Výrobní materiál je v tomto případě velmi důležitý. Jak již bylo zmíněno, používá se elektroocel. Tento druh materiálu se vyznačuje velkou uměle vypěstovanou zrnitostí a měkkostí (v důsledku nízkého obsahu uhlíku). Celá konstrukce se navíc skládá z tenkých, izolovaných plechů. To vše neumožňuje vznik parazitních proudů a zabraňuje přehřátí kotvy.
Stator je pevná součást. Plní roli magnetu diskutovaného výše. Pro ukázku činnosti modelového motoru v laboratoři je pro názornost a lepší pochopení principů použit stator se dvěma póly. Skutečné průmyslové motory používají zařízení s velkým počtem pólových párů.
Kolektor je spínač (konektor), který dodává proud do obvodů vinutí stejnosměrného motoru. Jeho přítomnost je nezbytně nutná. Bez něj bude motor běžet trhaně, nikoli plynule.
Růdy motorů
Neexistuje jediný univerzální motor, který by našel uplatnění absolutně ve všech odvětvích techniky a národního hospodářství a splňoval všechny požadavky v oblasti bezpečnosti a spolehlivosti při provozu.
Při výběru stejnosměrného motoru byste měli být velmi opatrní. Oprava je extrémně náročná a nákladnápostup, který může provádět pouze vhodně kvalifikovaný personál. A pokud konstrukce a schopnosti motoru nesplňují požadavky, pak budou vynaloženy značné finanční prostředky na opravy.
Existují čtyři hlavní typy stejnosměrných motorů: kartáčované, invertorové, unipolární a univerzální kartáčované stejnosměrné motory. Každý z těchto typů má své vlastní pozitivní a negativní vlastnosti. Měl by být uveden stručný popis každého z nich.
DC kartáčované motory
Existuje velké množství možných způsobů implementace motorů tohoto typu: jeden kolektor a sudý počet okruhů, několik kolektorů a několik okruhů vinutí, tři kolektory a stejný počet závitů vinutí, čtyři kolektory a dva závity vinutí, čtyři kolektory a čtyři okruhy na kotvě a nakonec - osm kolektorů s kotvou bez rámu.
Tento typ motoru se vyznačuje srovnatelnou jednoduchostí provedení a výroby. Právě z tohoto důvodu se stal známým jako univerzální motor, jehož použití je velmi široké: od autíček řízených rádiem po velmi složité a high-tech CNC obráběcí stroje vyrobené v Německu nebo Japonsku.
O invertorových motorech
Obecně je tento typ motoru velmi podobný kolektoru a má stejné výhody a nevýhody. Jediný rozdíl je ve spouštěcím mechanismu: je to víceperfektní, což umožňuje snadno obrátit otáčky a upravit otáčky rotoru. Výkon tohoto typu stejnosměrného motoru je tedy v řadě parametrů lepší než kolektorové motory.
Pokud je ale v něčem zisk, pak v některých věcech dojde ke ztrátě. To je nepopiratelný zákon vesmíru. Takže v tomto případě: převahu poskytuje poměrně složitá a vrtošivá technika, která často selhává. Podle zkušených specialistů je oprava stejnosměrných motorů invertorového typu poměrně náročná na provedení. Někdy ani zkušení elektrikáři nedokážou diagnostikovat poruchu v systému.
Vlastnosti unipolárních stejnosměrných motorů
Princip činnosti zůstává stejný a je založen na interakci magnetických polí vodiče s proudem a magnetem. Ale proudový vodič není drát, ale kotouč rotující na ose. Proud je přiváděn následovně: jeden kontakt se sepne na ose kovu a druhý přes takzvaný kartáč spojuje okraj kovového kruhu. Takový motor, jak je vidět, má poměrně složitou konstrukci, a proto často selhává. Hlavní aplikací je vědecký výzkum v oblasti fyziky elektřiny a elektrického pohonu.
Vlastnosti univerzálních komutátorových motorů
Tento typ motoru v zásadě nenese nic nového. Ale má velmi důležitou vlastnost - schopnost pracovat jakoze sítě DC a ze sítě AC. Někdy tato jeho vlastnost může ušetřit značné peníze na opravy a modernizaci zařízení.
Frekvence střídavého proudu je přísně regulována a je 50 Hertzů. Jinými slovy, směr pohybu záporně nabitých částic se mění 50krát za sekundu. Někteří se mylně domnívají, že rotor elektromotoru musí také změnit směr otáčení (ve směru hodinových ručiček - proti směru hodinových ručiček) 50krát za sekundu. Pokud by to byla pravda, pak by jakákoli užitečná aplikace střídavých elektromotorů nepřicházela v úvahu. Co se děje ve skutečnosti: proud vinutí kotvy a statoru je synchronizován pomocí nejjednodušších kondenzátorů. A proto, když se změní směr proudu na rámu kotvy, změní se i jeho směr na statoru. Rotor se tak neustále otáčí jedním směrem.
Bohužel účinnost tohoto typu stejnosměrného motoru je mnohem nižší než u invertorových a unipolárních motorů. Proto je jeho použití omezeno na spíše úzké oblasti - kde je nutné za každou cenu získat maximální spolehlivost, bez zohlednění provozních nákladů (například vojenské inženýrství).
Závěrečná ustanovení
Technologie nestojí na místě a dnes mnoho vědeckých škol po celém světě mezi sebou soutěží a snaží se vytvořit levný a ekonomický motor s vysokou účinností a výkonem. Výkon stejnosměrných elektromotorů rok od roku roste, zatímco jejichspotřeba energie.
Vědci předpovídají, že budoucnost bude určována elektrickým zařízením a věk ropy brzy skončí.
