On vaikea edes kuvitella, miltä moderni maailma näyttäisi ilman tasavirtasähkömoottoria (ja muuten AC-moottoria). Kaikki modernit mekanismit on varustettu sähkömoottorilla. Sillä voi olla eri tarkoitus, mutta sen läsnäolo on pääsääntöisesti kriittinen. On odotettavissa, että lähitulevaisuudessa tasavirtamoottorin rooli vain kasvaa. Jo nykyään ilman tätä laitetta on mahdotonta luoda korkealaatuisia, luotettavia ja hiljaisia laitteita säädettävillä nopeuksilla. Mutta tämä on avain v altion ja koko maailmantalouden kehitykseen.
DC-moottorin historiasta
Kokeiden aikana vuonna 1821 kuuluisa tiedemies Faraday huomasi vahingossa, että magneetti ja virtaa kuljettava johdin jollakin tavallavaikuttaa toisiinsa. Erityisesti kestomagneetti voi aiheuttaa yksinkertaisen virtaa kuljettavan johdinpiirin pyörimisen. Näiden kokeiden tuloksia käytettiin jatkotutkimukseen.
Thomas Davenport loi jo vuonna 1833 mallijunan, jossa oli pieni sähkömoottori, joka pystyy ajamaan sitä.
Vuonna 1838 Venäjän v altakunnassa rakennettiin 12-paikkainen matkustajavene. Kun tämä sähkömoottorikäyttöinen vene meni virtaa vastaan Nevan varrella, se aiheutti todellisen tunteiden räjähdyksen tiedeyhteisössä eikä vain.
Miten tasavirtamoottori toimii
Jos katsot työtä pinnallisesti, kuten koulussa tehdään fysiikan tunneilla, saattaa tuntua, ettei siinä ole mitään monimutkaista. Mutta tämä on vain ensi silmäyksellä. Itse asiassa sähkökäytön tiede on yksi vaikeimmista teknisten tieteenalojen syklissä. Sähkömoottorin toiminnan aikana tapahtuu useita monimutkaisia fysikaalisia ilmiöitä, joita ei vieläkään täysin ymmärretä ja jotka selittyvät erilaisilla hypoteeseilla ja olettamuksilla.
Yksinkertaistetussa versiossa tasavirtamoottorin toimintaperiaate voidaan kuvata seuraavasti. Johdin asetetaan magneettikenttään ja virta johdetaan sen läpi. Lisäksi, jos otamme huomioon johtimen poikkileikkauksen, sen ympärille syntyy näkymättömiä samankeskisiä ympyröitä - tämä on magneettikenttä, jonka muodostaa johtimessa oleva virta. Kuten jo mainittiin, nämä magneettikentät ovat ihmissilmälle näkymättömiä. Mutta on yksinkertainen temppu, jonka avulla voit tarkkailla niitä visuaalisesti. Helpoin tapa on tehdä vaneriin tai paksuun paperiarkkiin reikä, jonka läpi johdetaan. Tässä tapauksessa reiän lähellä oleva pinta tulee peittää ohuella kerroksella hienojakoista magneettista metallijauhetta (voidaan käyttää myös hienoa sahanpurua). Kun piiri on suljettu, jauhehiukkaset asettuvat magneettikentän muotoon.
Itse asiassa tasavirtamoottorin toimintaperiaate perustuu tähän ilmiöön. Virtaa kuljettava johdin asetetaan U-muotoisen magneetin pohjois- ja etelänavan väliin. Magneettikenttien vuorovaikutuksen seurauksena lanka saatetaan liikkeelle. Liikesuunta riippuu pylväiden sijoittelusta, ja se voidaan määrittää tarkasti ns. gimlet-säännöllä.
Ampere Strength
Voimaa, joka työntää virtaa kuljettavan johtimen pois kestomagneetin kentästä, kutsutaan Ampère-voimaksi - kuuluisan sähköilmiöiden tutkijan mukaan. Myös virran yksikkö on nimetty hänen mukaansa.
Tämän voiman numeerisen arvon löytämiseksi sinun on kerrottava tarkasteltavassa johtimessa oleva virta sen pituudella ja magneettikentän suuruudella (vektorilla).
Kaava näyttää tältä:
F=IBL.
Yksinkertaisimman moottorin malli
Karkeasti sanottuna primitiivisimmän moottorin rakentamiseksi sinun on asetettava johtavasta materiaalista (langasta) oleva runko magneettikenttään ja syötettävä se virralla. Kehys kääntyy tiettyyn kulmaan ja pysähtyy. Tämä kanta asiantuntijoiden slangiinsähkökäytön aluetta kutsutaan "kuolleeksi". Syy pysäyttämiseen on se, että magneettikentät niin sanotusti kompensoituvat. Toisin sanoen tämä tapahtuu, kun resultanttivoima on yhtä suuri kuin nolla. Siksi DC-moottorilaite ei sisällä yhtä, vaan useita kehyksiä. Todellisessa teollisuusyksikössä (joka on asennettu laitteisiin) tällaisia peruspiirejä voi olla hyvin, hyvin monia. Joten kun voimat on tasapainotettu yhteen kehykseen, toinen kehys tuo sen ulos "stuporista".
Eritehoisten moottoreiden laitteen ominaisuudet
Jopa henkilö, joka on kaukana sähkötekniikan maailmasta, ymmärtää välittömästi, että ilman jatkuvan magneettikentän lähdettä ei yksinkertaisesti ole kysymys mistään tasavirtasähkömoottorista. Tällaisina lähteinä käytetään erilaisia laitteita.
Matalatehoisille tasavirtamoottoreille (12 volttia tai vähemmän) kestomagneetti on ihanteellinen ratkaisu. Mutta tämä vaihtoehto ei sovellu suuritehoisille ja -kokoisille yksiköille: magneetit ovat liian kalliita ja raskaita. Siksi DC-moottoreissa, joiden jännite on 220 V tai enemmän, on tarkoituksenmukaisempaa käyttää kelaa (kenttäkäämi). Jotta kelasta tulisi magneettikentän lähde, siihen on saatava virta.
Sähkömoottorin rakenne
Yleensä minkä tahansa tasavirtamoottorin suunnittelu sisältää seuraavat elementit:keräilijä, staattori ja ankkuri.
Ankkuri toimii moottorin käämityksen laakerielementtinä. Se koostuu ohuista sähkökäyttöisiä teräslevyjä, joiden kehällä on uria langan asettamista varten. Valmistusmateriaali on tässä tapauksessa erittäin tärkeä. Kuten jo mainittiin, käytetään sähköterästä. Tälle materiaalilaadulle on ominaista suuri keinotekoisesti kasvatettu raekoko ja pehmeys (johtuen alhaisesta hiilipitoisuudesta). Lisäksi koko rakenne koostuu ohuista, eristetyistä levyistä. Kaikki tämä ei salli loisvirtojen syntymistä ja estää ankkurin ylikuumenemisen.
Staattori on kiinteä osa. Se suorittaa aiemmin käsitellyn magneetin roolia. Mallimoottorin toiminnan havainnollistamiseksi laboratoriossa, selvyyden ja periaatteiden paremman ymmärtämisen vuoksi, käytetään kaksinapaista staattoria. Aidoissa teollisuusmoottoreissa käytetään laitteita, joissa on suuri määrä napapareja.
Keräin on kytkin (liitin), joka syöttää virtaa tasavirtamoottorin käämipiireihin. Sen läsnäolo on ehdottoman välttämätöntä. Ilman sitä moottori käy nykivästi, ei tasaisesti.
Moottoreita
Ei ole olemassa yhtä universaalia moottoria, jota käytettäisiin ehdottomasti kaikilla tekniikan ja kansantalouden aloilla ja joka täyttäisi kaikki käytön turvallisuuden ja luotettavuuden vaatimukset.
Sinun tulee olla erittäin varovainen valitessasi tasavirtamoottoria. Korjaus on erittäin vaikeaa ja kallistatoimenpide, jonka voi suorittaa vain asianmukaisesti pätevä henkilöstö. Ja jos moottorin suunnittelu ja ominaisuudet eivät täytä vaatimuksia, huomattavia varoja käytetään korjauksiin.
Tasavirtamoottoreita on neljää päätyyppiä: harjatut, invertteri-, yksinapaiset ja yleisharjatut tasavirtamoottorit. Jokaisella näistä tyypeistä on omat positiiviset ja negatiiviset ominaisuutensa. Jokaisesta niistä tulee antaa lyhyt kuvaus.
DC-harjatut moottorit
Tällaisten moottoreiden toteuttamiseen on monia mahdollisia tapoja: yksi kollektori ja parillinen määrä piirejä, useita keräilijöitä ja useita käämipiirejä, kolme keräilijää ja sama määrä käämikierroksia, neljä kollektoria ja kaksi käämityskierrokset, neljä kollektoria ja neljä ankkurissa olevaa piiriä ja lopuksi - kahdeksan kollektoria ankkurilla ilman kehystä.
Tälle moottorityypille on ominaista suoritusten ja tuotannon suhteellinen yksinkertaisuus. Tästä syystä se on tullut tunnetuksi yleismoottorina, jonka käyttöalue on erittäin laaja: leluradio-ohjatuista autoista erittäin monimutkaisiin ja huipputeknisiin Saksassa tai Japanissa valmistettuihin CNC-työstökoneisiin.
Invertterimoottoreista
Yleensä tämäntyyppinen moottori on hyvin samanlainen kuin keräilijä ja sillä on samat edut ja haitat. Ainoa ero on laukaisumekanismissa: se on enemmäntäydellinen, jonka avulla voit helposti vaihtaa nopeutta ja säätää roottorin nopeutta. Näin ollen tämän tyyppisten tasavirtamoottorien suorituskyky on monien parametrien os alta parempi kuin kollektorimoottoreiden.
Mutta jos jostain tulee voittoa, niin joissain asioissa tulee tappiota. Tämä on kiistaton maailmankaikkeuden laki. Joten tässä tapauksessa: paremmuuden tarjoaa melko monimutkainen ja oikukas tekniikka, joka usein epäonnistuu. Kokeneiden asiantuntijoiden mukaan invertterityyppisten tasavirtamoottoreiden korjaaminen on melko vaikeaa. Joskus jopa kokeneet sähköasentajat eivät pysty diagnosoimaan järjestelmän toimintahäiriötä.
Yksinapaisten tasavirtamoottoreiden ominaisuudet
Toimintaperiaate pysyy samana ja perustuu johtimen magneettikenttien vuorovaikutukseen virran ja magneetin kanssa. Mutta virtajohdin ei ole lanka, vaan levy, joka pyörii akselin ympäri. Virta syötetään seuraavasti: yksi kosketin sulkeutuu metalliakselille ja toinen, niin sanotun harjan kautta, yhdistää metalliympyrän reunan. Tällaisella moottorilla, kuten voidaan nähdä, on melko monimutkainen rakenne ja siksi se epäonnistuu usein. Pääsovellus on tieteellinen tutkimus sähkön ja sähkökäytön fysiikan alalla.
Yleisten kommutaattorimoottorien ominaisuudet
Periaatteessa tämäntyyppinen moottori ei sisällä mitään uutta. Mutta sillä on erittäin tärkeä ominaisuus - kyky toimiaDC-verkosta ja AC-verkosta. Joskus tämä ominaisuus voi säästää huomattavasti rahaa laitteiden korjauksessa ja modernisoinnissa.
Vaihtovirran taajuus on tiukasti säädelty ja se on 50 hertsiä. Toisin sanoen negatiivisesti varautuneiden hiukkasten liikesuunta muuttuu 50 kertaa sekunnissa. Jotkut uskovat virheellisesti, että myös sähkömoottorin roottorin on vaihdettava pyörimissuuntaa (myötäpäivään - vastapäivään) 50 kertaa sekunnissa. Jos tämä olisi totta, vaihtovirtasähkömoottorien hyödyllinen sovellus ei tule kysymykseen. Mitä tapahtuu todellisuudessa: ankkurin ja staattorin käämien virta synkronoidaan yksinkertaisimpien kondensaattoreiden avulla. Ja siksi, kun ankkurikehyksen virran suunta muuttuu, myös sen suunta staattorissa muuttuu. Siten roottori pyörii jatkuvasti yhteen suuntaan.
Valitettavasti tämän tyyppisten tasavirtamoottorien hyötysuhde on paljon pienempi kuin invertteri- ja unipolaaristen moottoreiden. Siksi sen käyttö on rajoitettu melko kapeille alueille - joissa on tarpeen saavuttaa maksimaalinen luotettavuus hinnalla millä hyvänsä, ottamatta huomioon käyttökustannuksia (esim. sotilastekniikka).
Loppulausekkeet
Teknologia ei pysähdy, ja nykyään monet tiedekoulut ympäri maailmaa kilpailevat keskenään ja pyrkivät luomaan halvan ja taloudellisen moottorin, jolla on korkea hyötysuhde ja suorituskyky. Tasasähkömoottorien teho kasvaa vuosi vuodelta, kun taas niidenvirrankulutus.
Tutkijat ennustavat, että sähkölaitteet määräävät tulevaisuuden ja öljyn aikakausi päättyy melko pian.
