Teško je i zamisliti kako bi moderni svijet izgledao bez DC elektromotora (i AC, usput). Svaki moderni mehanizam opremljen je električnim motorom. Može imati različitu namenu, ali je njegovo prisustvo, po pravilu, kritično. Očekuje se da će se u bliskoj budućnosti uloga DC 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 istorije DC motora
Tokom eksperimenata 1821. godine, poznati naučnik Faraday slučajno je otkrio da magnet i provodnik koji nosi struju nekakoutiču jedni na druge. Konkretno, trajni magnet može uzrokovati rotaciju jednostavnog strujnog kola vodiča. Rezultati ovih eksperimenata su korišteni za dalja istraživanja.
Već 1833. Tomas Davenport je stvorio model voza sa malim električnim motorom koji je mogao da ga pokreće.
Godine 1838. u Ruskom carstvu izgrađen je putnički čamac za 12 sedišta. Kada je ovaj čamac na električni motor krenuo protiv struje duž Neve, izazvao je pravu eksploziju emocija u naučnoj zajednici i ne samo.
Kako radi DC motor
Ako rad pogledate površno, kao što to rade u školi na časovima fizike, može se učiniti da u njemu nema apsolutno ničeg komplikovanog. Ali ovo je samo na prvi pogled. Zapravo, nauka o električnom pogonu jedna je od najtežih u ciklusu tehničkih disciplina. Tokom rada elektromotora dolazi do niza složenih fizičkih pojava, koje još uvijek nisu u potpunosti shvaćene i koje se objašnjavaju različitim hipotezama i pretpostavkama.
U pojednostavljenoj verziji, princip rada DC 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, tada oko njega nastaju koncentrični krugovi nevidljive sile - ovo je magnetsko polje koje nastaje strujom u vodiču. Kao što je već spomenuto, ova magnetna polja su nevidljiva ljudskom oku. Ali postoji jednostavan trik koji vam omogućava da ih vizualno promatrate. Najlakši način je da napravite 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 magnetnog metalnog praha (može se koristiti i fina piljevina). Kada se krug zatvori, čestice praha se nižu u obliku magnetnog polja.
Zapravo, princip rada DC motora je zasnovan na ovom fenomenu. Provodnik sa strujom postavljen je između sjevernog i južnog pola magneta u obliku slova U. Kao rezultat interakcije magnetnih polja, žica se pokreće. Smjer kretanja ovisi o tome kako su motke postavljene, a može se precizno odrediti takozvanim pravilom gimleta.
Amperska snaga
Sila koja gura provodnik sa strujom iz polja stalnog magneta naziva se Amperova sila - prema poznatom istraživaču električnih fenomena. Jedinica struje je takođe nazvana po njemu.
Da biste pronašli brojčanu vrijednost ove sile, trebate pomnožiti struju u provodniku koji se razmatra sa njegovom dužinom i veličinom (vektorom) magnetnog polja.
Formula će izgledati ovako:
F=IBL.
Model najjednostavnijeg motora
Ugrubo govoreći, da biste napravili najprimitivniji motor, morate postaviti okvir od provodljivog materijala (žicu) u magnetsko polje i napajati ga strujom. Okvir će se zarotirati pod određenim uglom i zaustaviti se. Ova pozicija na slengu stručnjaka zapodručje električnog pogona naziva se "mrtvo". Razlog zaustavljanja je taj što su magnetna polja, da tako kažem, kompenzirana. Drugim riječima, ovo se dešava kada rezultujuća sila postane jednaka nuli. Stoga uređaj DC motora uključuje ne jedan, već nekoliko okvira. U pravoj industrijskoj jedinici (koja je instalirana na opremi) može biti jako, jako puno takvih elementarnih kola. Dakle, kada su sile izbalansirane na jednom okviru, drugi okvir ga izvlači iz "stupora".
Karakteristike uređaja motora različite snage
Čak i osoba koja je daleko od svijeta elektrotehnike odmah će shvatiti da bez izvora konstantnog magnetskog polja jednostavno nema govora ni o jednom DC elektromotoru. Kao takvi izvori koriste se različiti uređaji.
Za DC 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 DC motore od 220 V ili više svrsishodnije koristiti induktor (namotaj polja). Da bi induktor postao izvor magnetnog polja, mora se napajati.
Dizajn električnih motora
Općenito, dizajn bilo kojeg DC motora uključuje sljedeće elemente:kolektor, stator i armatura.
Armatura služi kao nosivi element za namotaj motora. Sastoji se od tankih čeličnih limova za električne potrebe sa žljebovima oko perimetra za polaganje žice. Materijal izrade u ovom slučaju je vrlo važan. Kao što je već spomenuto, koristi se električni čelik. Ovu vrstu materijala karakterizira velika umjetno uzgojena veličina zrna i mekoća (kao rezultat niskog sadržaja ugljika). Osim toga, cijela konstrukcija se sastoji od tankih, izoliranih ploča. Sve ovo ne dozvoljava nastanak parazitskih struja i sprečava pregrijavanje armature.
Stator je fiksni dio. On obavlja ulogu magneta o kojoj smo ranije govorili. Da bi se demonstrirao rad modela motora u laboratoriji, radi jasnoće i boljeg razumijevanja principa, koristi se stator sa dva pola. Pravi industrijski motori koriste uređaje sa velikim brojem parova polova.
Kolektor je prekidač (konektor) koji napaja struju u krugove namotaja DC motora. Njegovo prisustvo je striktno neophodno. Bez toga, motor će raditi trzavo, a ne glatko.
Variety of engines
Ne postoji jedan univerzalni motor koji bi se koristio u apsolutno svim granama tehnike i nacionalne privrede i ispunjavao sve zahtjeve u oblasti sigurnosti i pouzdanosti u radu.
Trebalo bi biti veoma oprezan pri odabiru DC motora. Popravka je izuzetno teška i skupapostupak koji može izvesti samo odgovarajuće kvalifikovano osoblje. A ako dizajn i mogućnosti motora ne ispunjavaju zahtjeve, tada će se značajna sredstva potrošiti na popravke.
Postoje četiri glavna tipa DC motora: brušeni, inverterski, unipolarni i univerzalni brušeni DC motori. Svaka od ovih vrsta ima svoje pozitivne i negativne kvalitete. Treba dati kratak opis svakog od njih.
DC brušeni motori
Postoji veliki broj mogućih načina implementacije motora ovog tipa: jedan kolektor i paran broj kola, nekoliko kolektora i nekoliko krugova namotaja, tri kolektora i isti broj namotaja, četiri kolektora i dva namotaja, četiri kolektora i četiri kola na sidru, i konačno - osam kolektora sa ankerom bez okvira.
Ovu vrstu motora karakteriše uporedna jednostavnost izvođenja i proizvodnje. Iz tog razloga je postao poznat kao univerzalni motor čija je primjena vrlo široka: od igračaka radio-upravljanih automobila do vrlo složenih i visokotehnoloških CNC alatnih mašina proizvedenih u Njemačkoj ili Japanu.
O inverter motorima
Generalno, ovaj tip motora je vrlo sličan kolektoru i ima iste prednosti i nedostatke. Jedina razlika je u mehanizmu pokretanja: on je višesavršeno, što vam omogućava da lako promijenite brzinu i prilagodite brzinu rotora. Dakle, performanse ovog tipa DC motora su superiornije od kolektorskih motora u nizu parametara.
Ali ako u nečemu postoji dobitak, onda će u nekim stvarima biti i gubitak. Ovo je nepobitni zakon univerzuma. Dakle, u ovom slučaju: superiornost je obezbeđena prilično složenom i hirovitom tehnikom, koja često ne uspe. Prema iskusnim stručnjacima, popravak DC motora inverterskog tipa prilično je teško izvesti. Ponekad čak ni iskusni električari ne mogu dijagnosticirati kvar u sistemu.
Karakteristike unipolarnih DC motora
Princip rada ostaje isti i zasniva se na interakciji magnetnih polja provodnika sa strujom i magnetom. Ali strujni provodnik nije žica, već disk koji rotira oko ose. 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 pokvari. Glavna primjena su naučna istraživanja u oblasti fizike elektriciteta i električnog pogona.
Karakteristike univerzalnih komutatorskih motora
U principu, ovaj tip motora ne nosi ništa novo. Ali ima veoma važnu osobinu - sposobnost da radi kaoiz DC mreže i iz AC mreže. Ponekad ovo njegovo svojstvo može uštedjeti značajan novac na popravci i modernizaciji opreme.
Frekvencija naizmjenične 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 promijeniti smjer rotacije (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 namotaja armature i statora se sinkronizira pomoću najjednostavnijih kondenzatora. I stoga, kada se promijeni smjer struje na armaturnom okviru, mijenja se i njegov smjer na statoru. Dakle, rotor se stalno rotira u jednom smjeru.
Nažalost, efikasnost ovog tipa DC motora je mnogo niža od inverterskih i unipolarnih motora. Stoga je njegova upotreba ograničena na prilično uska područja - gdje je potrebno postići maksimalnu pouzdanost po svaku cijenu, bez uzimanja u obzir operativnih troškova (na primjer, vojno inženjerstvo).
Završne odredbe
Tehnologija ne miruje, a danas se mnoge naučne škole širom svijeta takmiče jedna s drugom i nastoje stvoriti jeftin i ekonomičan motor visoke efikasnosti i performansi. Snaga DC elektromotora raste iz godine u godinu, dok njihovapotrošnja energije.
Naučnici predviđaju da će budućnost odrediti električna oprema, a doba nafte će uskoro završiti.
