Det är svårt att ens föreställa sig hur den moderna världen skulle se ut utan en likströmsmotor (och en växelström, förresten). Alla moderna mekanismer är utrustade med en elektrisk motor. Det kan ha ett annat syfte, men dess närvaro är som regel kritisk. Det förväntas att DC-motorns roll inom en snar framtid bara kommer att öka. Redan idag, utan denna enhet, är det omöjligt att skapa högkvalitativ, pålitlig och tyst utrustning med justerbara hastigheter. Men detta är nyckeln till utvecklingen av staten och världsekonomin som helhet.
Från DC-motorns historia
Under experiment 1821 upptäckte den berömda vetenskapsmannen Faraday av misstag att en magnet och en strömförande ledare på något sättpåverka varandra. I synnerhet kan en permanentmagnet orsaka rotation av en enkel strömförande ledarkrets. Resultaten av dessa experiment användes för vidare forskning.
Redan 1833 skapade Thomas Davenport ett modelltåg med en liten elmotor som kan driva det.
År 1838 byggdes en passagerarbåt för 12 platser i det ryska imperiet. När den här elmotordrivna båten gick mot strömmen längs Neva orsakade den en verklig explosion av känslor i forskarsamhället och inte bara.
Hur fungerar en DC-motor
Om man ser på arbetet ytligt, som man gör i skolan på fysiklektionerna, kan det tyckas att det absolut inte finns något komplicerat i det. Men detta är bara vid första anblicken. Faktum är att vetenskapen om elektrisk körning är en av de svåraste i cykeln av tekniska discipliner. Under driften av en elmotor uppstår ett antal komplexa fysikaliska fenomen, som fortfarande inte är helt förstådda och förklaras av olika hypoteser och antaganden.
I en förenklad version kan principen för driften av en DC-motor beskrivas på följande sätt. En ledare placeras i ett magnetfält och en ström passerar genom den. Dessutom, om vi betraktar ledarens tvärsnitt, uppstår osynliga kraftkoncentriska cirklar runt den - detta är ett magnetfält som bildas av strömmen i ledaren. Som redan nämnts är dessa magnetiska fält osynliga för det mänskliga ögat. Men det finns ett enkelt knep som låter dig observera dem visuellt. Det enklaste sättet är att göra ett hål i plywood eller ett tjockt pappersark som man kan föra tråden igenom. I det här fallet måste ytan nära hålet täckas med ett tunt lager finfördelat magnetiskt metallpulver (fint sågspån kan också användas). När kretsen är sluten radas pulverpartiklarna upp i form av magnetfältet.
Egentligen är principen för driften av en DC-motor baserad på detta fenomen. En strömförande ledare är placerad mellan nord- och sydpolen på en U-formad magnet. Som ett resultat av växelverkan mellan magnetiska fält sätts tråden i rörelse. Rörelseriktningen beror på hur stolparna är placerade och kan bestämmas exakt med den så kallade gimletregeln.
Ampere Strength
Kraften som trycker ut en strömförande ledare från en permanentmagnets fält kallas Ampère-kraften - efter en berömd forskare av elektriska fenomen. Enheten för ström är också uppkallad efter honom.
För att hitta det numeriska värdet för denna kraft måste du multiplicera strömmen i den aktuella ledaren med dess längd och med magnituden (vektorn) på magnetfältet.
Formeln kommer att se ut så här:
F=IBL.
Modell av den enklaste motorn
I grova drag, för att bygga den mest primitiva motorn, måste du placera en ram av ledande material (tråd) i ett magnetfält och driva den med ström. Ramen kommer att rotera till en viss vinkel och stanna. Denna position på slang av specialister iområde av den elektriska enheten kallas "död". Anledningen till stoppet är att magnetfälten så att säga kompenseras. Med andra ord, detta händer när den resulterande kraften blir lika med noll. Därför inkluderar DC-motoranordningen inte en utan flera ramar. I en riktig industrienhet (som är installerad på utrustning) kan det finnas väldigt, väldigt många sådana elementära kretsar. Så när krafter balanseras på en ram, tar den andra ramen ut den ur "stupor".
Funktioner hos enheten för motorer med olika kraft
Även en person som är långt ifrån elektroteknikvärlden kommer omedelbart att inse att utan en källa till ett konstant magnetfält är det helt enkelt inte tal om någon likströmsmotor. En mängd olika enheter används som sådana källor.
För lågeffekts DC-motorer (12 volt eller mindre) är en permanent magnet den idealiska lösningen. Men det här alternativet är inte lämpligt för enheter med stor kraft och storlek: magneterna blir för dyra och tunga. För DC-motorer på 220 V eller mer är det därför mer ändamålsenligt att använda en induktor (fältlindning). För att induktorn ska bli en källa till ett magnetfält måste den vara strömsatt.
Elektrisk motordesign
I allmänhet inkluderar designen av alla likströmsmotorer följande element:uppsamlare, stator och armatur.
Ankaret fungerar som ett lagerelement för motorlindningen. Den består av tunna stålplåtar för elektriska ändamål med spår runt omkretsen för att lägga tråden. Tillverkningsmaterialet i detta fall är mycket viktigt. Som redan nämnts används elstål. Denna materialkvalitet kännetecknas av en stor artificiellt odlad kornstorlek och mjukhet (som ett resultat av lågt kolinnehåll). Dessutom består hela strukturen av tunna, isolerade plåtar. Allt detta tillåter inte att parasitströmmar uppstår och förhindrar överhettning av ankaret.
Statorn är en fast del. Den utför rollen som magneten som diskuterades tidigare. För att demonstrera funktionen av en modellmotor i laboratoriet, för klarhet och en bättre förståelse av principerna, används en stator med två poler. Riktiga industrimotorer använder enheter med ett stort antal polpar.
En kollektor är en omkopplare (kontakt) som matar ström till lindningskretsarna i en DC-motor. Dess närvaro är absolut nödvändig. Utan den kommer motorn att gå ryckigt, inte smidigt.
varianter av motorer
Det finns ingen universell motor som skulle kunna användas i absolut alla grenar av teknik och samhällsekonomi och uppfylla alla krav inom området säkerhet och tillförlitlighet under drift.
Du bör vara mycket försiktig när du väljer en DC-motor. Reparation är extremt svårt och dyrten procedur som endast kan utföras av lämpligt kvalificerad personal. Och om motorns design och kapacitet inte uppfyller kraven, kommer betydande medel att spenderas på reparationer.
Det finns fyra huvudtyper av likströmsmotorer: borstade, växelriktare, unipolära och universalborstade likströmsmotorer. Var och en av dessa typer har sina egna positiva och negativa egenskaper. En kort beskrivning av var och en av dem bör ges.
DC-borstade motorer
Det finns ett stort antal möjliga sätt att implementera motorer av denna typ: en kollektor och ett jämnt antal kretsar, flera kollektorer och flera lindningskretsar, tre kollektorer och samma antal lindningsvarv, fyra kollektorer och två slingrande svängar, fyra samlare och fyra kretsar på ankare, och slutligen - åtta samlare med ett ankare utan ram.
Denna typ av motor kännetecknas av jämförande enkelhet i utförande och produktion. Det är av denna anledning som den har blivit känd som en universalmotor, vars tillämpning är mycket omfattande: från radiostyrda leksaksbilar till mycket komplexa och högteknologiska CNC-verktygsmaskiner tillverkade i Tyskland eller Japan.
Om invertermotorer
I allmänhet är den här typen av motor mycket lik uppsamlaren och har samma fördelar och nackdelar. Den enda skillnaden ligger i lanseringsmekanismen: den är merperfekt, vilket gör att du enkelt kan vända hastigheten och justera rotorhastigheten. Således är prestandan hos denna typ av DC-motor överlägsen kollektormotorer i ett antal parametrar.
Men om det finns en vinst i något, så blir det i vissa saker en förlust. Detta är en obestridlig lag i universum. Så i det här fallet: överlägsenhet tillhandahålls av en ganska komplex och nyckfull teknik, som ofta misslyckas. Enligt erfarna specialister är det ganska svårt att reparera DC-motorer av invertertyp. Ibland kan inte ens erfarna elektriker diagnostisera ett fel i systemet.
Funktioner hos unipolära DC-motorer
Funktionsprincipen förblir densamma och baseras på växelverkan mellan ledarens magnetfält med strömmen och magneten. Men strömledaren är inte en tråd, utan en skiva som roterar på en axel. Strömmen tillförs enligt följande: en kontakt stänger på metallaxeln, och den andra, genom den så kallade borsten, förbinder kanten på metallcirkeln. En sådan motor, som kan ses, har en ganska komplex design och misslyckas därför ofta. Den huvudsakliga tillämpningen är vetenskaplig forskning inom området elektricitetsfysik och elektrisk drivning.
Funktioner hos universella kommutatormotorer
I princip har den här typen av motorer inget nytt. Men den har en mycket viktig egenskap - förmågan att arbeta somfrån DC-nätet och från AC-nätet. Ibland kan den här egenskapen spara betydande pengar på reparation och modernisering av utrustning.
Växelströmsfrekvens är strikt reglerad och är 50 Hertz. Med andra ord ändras rörelseriktningen för negativt laddade partiklar 50 gånger per sekund. Vissa tror felaktigt att rotorn på en elmotor också måste ändra rotationsriktning (medurs - moturs) 50 gånger per sekund. Om detta vore sant, skulle någon användbar tillämpning av AC-elektriska motorer vara utesluten. Vad händer i verkligheten: strömmen i ankar- och statorlindningarna synkroniseras med de enklaste kondensatorerna. Och därför, när riktningen för strömmen på ankarramen ändras, ändras också dess riktning på statorn. Således roterar rotorn konstant i en riktning.
Tyvärr är effektiviteten för den här typen av likströmsmotorer mycket lägre än för inverter- och unipolära motorer. Därför är dess användning begränsad till ganska smala områden - där det är nödvändigt att uppnå maximal tillförlitlighet till varje pris, utan att ta hänsyn till driftskostnader (till exempel militär ingenjörskonst).
slutsatser
Tekniken står inte stilla, och idag konkurrerar många vetenskapliga skolor runt om i världen med varandra och strävar efter att skapa en billig och ekonomisk motor med hög effektivitet och prestanda. Kraften hos DC-elmotorer växer från år till år, medan derasströmförbrukning.
Forskare förutspår att framtiden kommer att bestämmas av elektrisk utrustning, och oljeåldern kommer att upphöra ganska snart.
