Este greu de imaginat cum ar arăta lumea modernă fără un motor electric de curent continuu (și unul de curent alternativ, de altfel). Orice mecanism modern este echipat cu un motor electric. Poate avea un scop diferit, dar prezența sa, de regulă, este critică. Este de așteptat ca în viitorul apropiat rolul motorului de curent continuu să doar crească. Deja astăzi, fără acest dispozitiv, este imposibil să creați echipamente de în altă calitate, fiabile și silențioase, cu viteze reglabile. Dar aceasta este cheia dezvoltării statului și a economiei mondiale în ansamblu.
Din istoria motorului de curent continuu
În timpul experimentelor din 1821, celebrul om de știință Faraday a descoperit accidental că un magnet și un conductor de curentse influenteaza reciproc. În special, un magnet permanent poate provoca rotirea unui circuit simplu conducător de curent. Rezultatele acestor experimente au fost folosite pentru cercetări ulterioare.
Deja în 1833, Thomas Davenport a creat un model de tren cu un mic motor electric capabil să-l conducă.
În 1838, în Imperiul Rus a fost construită o barcă de pasageri cu 12 locuri. Când această barcă cu motor electric a mers împotriva curentului de-a lungul Nevei, a provocat o adevărată explozie de emoții în comunitatea științifică și nu numai.
Cum funcționează un motor de curent continuu
Dacă privești munca superficial, așa cum o fac la școală la lecțiile de fizică, poate părea că nu este absolut nimic complicat în ea. Dar asta este doar la prima vedere. De fapt, știința acționării electrice este una dintre cele mai dificile din ciclul disciplinelor tehnice. În timpul funcționării unui motor electric, apar o serie de fenomene fizice complexe, care încă nu sunt pe deplin înțelese și sunt explicate prin diverse ipoteze și ipoteze.
Într-o versiune simplificată, principiul de funcționare al unui motor de curent continuu poate fi descris după cum urmează. Un conductor este plasat într-un câmp magnetic și trece un curent prin el. Mai mult, dacă luăm în considerare secțiunea transversală a conductorului, atunci în jurul lui apar cercuri concentrice de forță invizibilă - acesta este un câmp magnetic format de curentul din conductor. După cum am menționat deja, aceste câmpuri magnetice sunt invizibile pentru ochiul uman. Dar există un truc simplu care vă permite să le observați vizual. Cel mai simplu este să faci o gaură în placaj sau o foaie groasă de hârtie prin care să treci sârma. În acest caz, suprafața de lângă gaură trebuie acoperită cu un strat subțire de pulbere metalică magnetică fin dispersată (se poate folosi și rumeguș fin). Când circuitul este închis, particulele de pulbere se aliniază în forma câmpului magnetic.
De fapt, principiul de funcționare al unui motor de curent continuu se bazează pe acest fenomen. Un conductor purtător de curent este plasat între polii nord și sud ai unui magnet în formă de U. Ca rezultat al interacțiunii câmpurilor magnetice, firul este pus în mișcare. Direcția de mișcare depinde de modul în care sunt poziționați stâlpii și poate fi determinată cu precizie de așa-numita regulă a brațului.
Intensitatea de amperi
Forța care împinge un conductor purtător de curent în afara câmpului unui magnet permanent se numește forța Ampère - după un faimos cercetător al fenomenelor electrice. Unitatea de curent este numită și după el.
Pentru a afla valoarea numerică a acestei forțe, trebuie să înmulțiți curentul din conductorul luat în considerare cu lungimea acestuia și cu mărimea (vectorul) câmpului magnetic.
Formula va arăta astfel:
F=IBL.
Model al celui mai simplu motor
Aproximativ vorbind, pentru a construi cel mai primitiv motor, trebuie să plasați un cadru de material conductor (sârmă) într-un câmp magnetic și să îl alimentați cu curent. Cadrul se va roti la un anumit unghi și se va opri. Această poziție pe argoul specialiștilor înzona acționării electrice se numește „moartă”. Motivul opririi este că câmpurile magnetice sunt, ca să spunem așa, compensate. Cu alte cuvinte, acest lucru se întâmplă atunci când forța rezultantă devine egală cu zero. Prin urmare, dispozitivul motor DC include nu unul, ci mai multe cadre. Într-o unitate industrială adevărată (care este instalată pe echipamente), pot exista foarte, foarte multe astfel de circuite elementare. Deci, când forțele sunt echilibrate pe un cadru, celăl alt cadru îl scoate din „stupor”.
Caracteristici ale dispozitivului de motoare de diferite puteri
Chiar și o persoană care este departe de lumea ingineriei electrice își va da seama imediat că, fără o sursă de câmp magnetic constant, pur și simplu nu se pune problema vreunui motor electric DC. O varietate de dispozitive sunt folosite ca astfel de surse.
Pentru motoarele de curent continuu de putere mică (12 volți sau mai puțin), un magnet permanent este soluția ideală. Dar această opțiune nu este potrivită pentru unități de putere și dimensiune mare: magneții vor fi prea scumpi și grei. Prin urmare, pentru motoarele de curent continuu de 220 V sau mai mult, este mai oportun să se utilizeze un inductor (înfășurare de câmp). Pentru ca inductorul să devină o sursă de câmp magnetic, acesta trebuie alimentat.
Design motor electric
În general, proiectarea oricărui motor de curent continuu include următoarele elemente:colector, stator și armătură.
Armatura servește ca element de reazem pentru înfășurarea motorului. Este format din foi subțiri de oțel pentru scopuri electrice, cu caneluri în jurul perimetrului pentru așezarea sârmei. Materialul de fabricație în acest caz este foarte important. După cum sa menționat deja, se utilizează oțel electric. Acest tip de material se caracterizează printr-o mărime mare a granulelor crescute artificial și moliciune (ca rezultat al conținutului scăzut de carbon). În plus, întreaga structură este formată din foi subțiri, izolate. Toate acestea nu permit să apară curenți paraziți și previne supraîncălzirea armăturii.
Statorul este o parte fixă. Îndeplinește rolul magnetului discutat mai devreme. Pentru a demonstra funcționarea unui model de motor în laborator, pentru claritate și o mai bună înțelegere a principiilor, se folosește un stator cu doi poli. Motoarele industriale reale folosesc dispozitive cu un număr mare de perechi de poli.
Un colector este un comutator (conector) care furnizează curent circuitelor de înfășurare ale unui motor de curent continuu. Prezența sa este strict necesară. Fără acesta, motorul va funcționa sacadat, nu lin.
Soiuri de motoare
Nu există un motor universal care să fie folosit în absolut toate ramurile tehnologiei și economiei naționale și să îndeplinească toate cerințele din domeniul siguranței și fiabilității în timpul funcționării.
Ar trebui să fiți foarte atenți când alegeți un motor de curent continuu. Reparația este extrem de dificilă și costisitoareo procedură care poate fi efectuată numai de personal calificat corespunzător. Și dacă designul și capacitățile motorului nu îndeplinesc cerințele, atunci fonduri semnificative vor fi cheltuite pentru reparații.
Există patru tipuri principale de motoare de curent continuu: motoare cu perii, cu invertor, unipolare și universale cu perii. Fiecare dintre aceste tipuri are propriile sale calități pozitive și negative. Ar trebui oferită o scurtă descriere a fiecăruia dintre ele.
motoare DC cu perii
Există un număr mare de moduri posibile de implementare a motoarelor de acest tip: un colector și un număr par de circuite, mai mulți colectori și mai multe circuite de înfășurare, trei colectoare și același număr de spire de înfășurare, patru colectoare și două spire, patru colectoare și patru circuite pe ancoră și, în final - opt colectoare cu o ancoră fără cadru.
Acest tip de motor se caracterizează printr-o simplitate comparativă a execuției și producției. Din acest motiv a devenit cunoscut ca un motor universal, a cărui aplicație este foarte extinsă: de la mașini de jucărie controlate prin radio la mașini-unelte CNC foarte complexe și de în altă tehnologie, fabricate în Germania sau Japonia.
Despre motoarele cu invertor
În general, acest tip de motor este foarte asemănător cu colectorul și are aceleași avantaje și dezavantaje. Singura diferență este în mecanismul de lansare: este mai multperfect, ceea ce vă permite să inversați cu ușurință viteza și să reglați viteza rotorului. Astfel, performanța acestui tip de motor de curent continuu este superioară motoarelor colectoare într-o serie de parametri.
Dar dacă există un câștig în ceva, atunci în unele lucruri va fi o pierdere. Aceasta este o lege incontestabilă a universului. Deci în acest caz: superioritatea este asigurată de o tehnică destul de complexă și capricioasă, care de multe ori eșuează. Potrivit specialiștilor cu experiență, repararea motoarelor DC de tip invertor este destul de dificil de efectuat. Uneori, chiar și electricienii cu experiență nu pot diagnostica o defecțiune a sistemului.
Caracteristici ale motoarelor de curent continuu unipolare
Principiul de funcționare rămâne același și se bazează pe interacțiunea câmpurilor magnetice ale conductorului cu curentul și magnetul. Dar conductorul de curent nu este un fir, ci un disc care se rotește pe o axă. Curentul este furnizat astfel: un contact se închide pe axa metalică, iar celăl alt, prin așa-numita perie, conectează marginea cercului metalic. Un astfel de motor, după cum se poate observa, are un design destul de complex și, prin urmare, eșuează adesea. Aplicația principală este cercetarea științifică în domeniul fizicii electricității și acționării electrice.
Caracteristici ale motoarelor cu comutator universal
În principiu, acest tip de motor nu poartă nimic nou. Dar are o caracteristică foarte importantă - capacitatea de a lucra cadin rețeaua DC și din rețeaua AC. Uneori, această proprietate a acesteia poate economisi bani semnificativi pentru repararea și modernizarea echipamentelor.
Frecvența curentului alternativ este strict reglementată și este de 50 Herți. Cu alte cuvinte, direcția de mișcare a particulelor încărcate negativ se schimbă de 50 de ori pe secundă. Unii cred în mod eronat că rotorul unui motor electric trebuie să-și schimbe și sensul de rotație (în sensul acelor de ceasornic - în sens invers acelor de ceasornic) de 50 de ori pe secundă. Dacă acest lucru ar fi adevărat, atunci orice aplicație utilă a motoarelor electrice cu curent alternativ ar fi exclusă. Ce se întâmplă în realitate: curentul armăturii și înfășurărilor statorului este sincronizat folosind cei mai simpli condensatori. Și, prin urmare, atunci când direcția curentului pe cadrul armăturii se schimbă, se schimbă și direcția acestuia pe stator. Astfel, rotorul se rotește constant într-o direcție.
Din păcate, eficiența acestui tip de motor DC este mult mai mică decât cea a motoarelor cu invertor și unipolar. Prin urmare, utilizarea sa este limitată la zone destul de înguste - unde este necesar să se obțină fiabilitate maximă cu orice preț, fără a ține cont de costurile de operare (de exemplu, inginerie militară).
Clauze finale
Tehnologia nu stă pe loc, iar astăzi multe școli științifice din întreaga lume concurează între ele și se străduiesc să creeze un motor ieftin și economic, cu eficiență și performanță ridicate. Puterea motoarelor electrice cu curent continuu crește de la an la an, în timp ce lorconsum de energie.
Oamenii de știință prevăd că viitorul va fi determinat de echipamentele electrice, iar epoca petrolului se va încheia destul de curând.
