Трудно е дори да си представим как би изглеждал съвременният свят без DC електродвигател (и AC такъв, между другото). Всеки модерен механизъм е оборудван с електрически двигател. Тя може да има различно предназначение, но присъствието му като правило е от решаващо значение. Очаква се в близко бъдеще ролята на DC мотора само да нараства. Вече днес без това устройство е невъзможно да се създаде висококачествено, надеждно и безшумно оборудване с регулируеми скорости. Но това е ключът към развитието на държавата и световната икономика като цяло.
От историята на DC мотора
По време на експерименти през 1821 г. известният учен Фарадей случайно открива, че магнит и проводник с ток по някакъв начинвлияят един на друг. По-специално, постоянният магнит може да предизвика въртене на обикновена токопроводяща верига. Резултатите от тези експерименти бяха използвани за по-нататъшни изследвания.
Още през 1833 г. Томас Девънпорт създава модел на влак с малък електромотор, способен да го задвижва.
През 1838 г. в Руската империя е построена пътническа лодка за 12 места. Когато тази лодка с електромотор тръгна срещу течението по Нева, това предизвика истински взрив от емоции в научната общност и не само.
Как работи DC мотор
Ако погледнете работата повърхностно, както правят в училище в уроците по физика, може да изглежда, че в нея няма абсолютно нищо сложно. Но това е само на пръв поглед. Всъщност науката за електрическото задвижване е една от най-трудните в цикъла на техническите дисциплини. По време на работата на електродвигателя възникват редица сложни физически явления, които все още не са напълно разбрани и се обясняват с различни хипотези и предположения.
В опростена версия принципът на работа на DC мотор може да бъде описан по следния начин. Проводник е поставен в магнитно поле и през него се пропуска ток. Освен това, ако разгледаме напречното сечение на проводника, тогава около него възникват невидими силови концентрични кръгове - това е магнитно поле, което се образува от тока в проводника. Както вече споменахме, тези магнитни полета са невидими за човешкото око. Но има прост трик, който ви позволява да ги наблюдавате визуално. Най-лесният начин е да направите дупка в шперплат или дебел лист хартия, през която да прокарате жицата. В този случай повърхността близо до отвора трябва да бъде покрита с тънък слой фино диспергиран магнитен метален прах (може да се използват и фини дървени стърготини). Когато веригата е затворена, праховите частици се подреждат във формата на магнитното поле.
Всъщност принципът на работа на DC мотор се основава на това явление. Между северния и южния полюс на U-образен магнит е поставен проводник с ток. В резултат на взаимодействието на магнитните полета жицата се привежда в движение. Посоката на движение зависи от това как са разположени прътите и може да бъде точно определена от така нареченото правило на джимлета.
Амперна сила
Силата, която изтласква проводник с ток извън полето на постоянен магнит, се нарича сила на Ампер - по името на известен изследовател на електрическите явления. Единицата за ток също е кръстена на него.
За да намерите числената стойност на тази сила, трябва да умножите тока в разглеждания проводник по неговата дължина и по големината (вектора) на магнитното поле.
Формулата ще изглежда така:
F=IBL.
Модел на най-простия двигател
Грубо казано, за да изградите най-примитивния двигател, трябва да поставите рамка от проводим материал (жица) в магнитно поле и да го захраните с ток. Рамката ще се завърти до определен ъгъл и ще спре. Тази позиция на жаргона на специалистите позоната на електрическото задвижване се нарича "мъртва". Причината за спирането е, че магнитните полета са, така да се каже, компенсирани. С други думи, това се случва, когато резултантната сила стане равна на нула. Следователно устройството с DC мотор включва не една, а няколко рамки. В истински индустриален блок (който е инсталиран на оборудване) може да има много, много такива елементарни вериги. Така че, когато силите са балансирани върху една рамка, другата рамка я извежда от "ступора".
Характеристики на устройството на двигатели с различна мощност
Дори човек, който е далеч от света на електротехниката, веднага ще разбере, че без източник на постоянно магнитно поле просто не може да става дума за нито един DC електродвигател. Като такива източници се използват различни устройства.
За двигатели с постоянен ток с ниска мощност (12 волта или по-малко), постоянният магнит е идеалното решение. Но тази опция не е подходяща за единици с голяма мощност и размер: магнитите ще бъдат твърде скъпи и тежки. Следователно за двигатели с постоянен ток от 220 V или повече е по-целесъобразно да се използва индуктор (намотка). За да може индукторът да стане източник на магнитно поле, той трябва да бъде захранен.
Дизайн на електрически мотор
Като цяло дизайнът на всеки DC двигател включва следните елементи:колектор, статор и арматура.
Котвата служи като носещ елемент за намотката на двигателя. Състои се от тънки листове стомана за електрически цели с жлебове по периметъра за полагане на жицата. Материалът на производство в този случай е много важен. Както вече споменахме, използва се електрическа стомана. Този клас материал се характеризира с голям изкуствено отгледан размер на зърната и мекота (в резултат на ниско съдържание на въглерод). В допълнение, цялата конструкция се състои от тънки, изолирани листове. Всичко това не позволява възникването на паразитни токове и предотвратява прегряване на котвата.
Статорът е неподвижна част. Той изпълнява ролята на магнита, обсъден по-рано. За да се демонстрира работата на моделен двигател в лабораторията, за яснота и по-добро разбиране на принципите се използва статор с два полюса. Истинските индустриални двигатели използват устройства с голям брой двойки полюси.
Колекторът е превключвател (конектор), който доставя ток към веригите на намотките на DC мотор. Неговото присъствие е строго необходимо. Без него двигателят ще работи рязко, а не плавно.
Разновидности на двигателите
Няма единен универсален двигател, който да се използва в абсолютно всички отрасли на техниката и националната икономика и да отговаря на всички изисквания в областта на безопасността и надеждността по време на работа.
Трябва да бъдете много внимателни при избора на DC мотор. Ремонтът е изключително труден и скъппроцедура, която може да бъде извършена само от подходящо квалифициран персонал. И ако дизайнът и възможностите на двигателя не отговарят на изискванията, значи ще бъдат изразходвани значителни средства за ремонт.
Има четири основни типа DC двигатели: четкани, инверторни, еднополюсни и универсални четки DC двигатели. Всеки от тези видове има своите положителни и отрицателни качества. Трябва да се даде кратко описание на всеки от тях.
DC четкови двигатели
Има голям брой възможни начини за внедряване на двигатели от този тип: един колектор и четен брой вериги, няколко колектора и няколко вериги на намотки, три колектора и същия брой намотки, четири колектора и две навивки, четири колектора и четири вериги на котва и накрая - осем колектора с котва без рамка.
Този тип двигатели се характеризират със сравнителна простота на изпълнение и производство. Поради тази причина той стана известен като универсален двигател, чието приложение е много широко: от играчки радиоуправляеми коли до много сложни и високотехнологични машини с ЦПУ, произведени в Германия или Япония.
Относно инверторните двигатели
Като цяло този тип двигател е много подобен на колектора и има същите предимства и недостатъци. Единствената разлика е в механизма за стартиране: той е повечеперфектно, което ви позволява лесно да обръщате скоростта и да регулирате скоростта на ротора. По този начин производителността на този тип DC двигатели е по-добра от колекторните двигатели по редица параметри.
Но ако има печалба в нещо, тогава в някои неща ще има загуба. Това е неоспорим закон на Вселената. Така че в този случай: превъзходството се осигурява от доста сложна и капризна техника, която често се проваля. Според опитни специалисти ремонтът на DC двигатели от инверторен тип е доста труден за извършване. Понякога дори опитни електротехници не могат да диагностицират неизправност в системата.
Характеристики на униполярните DC двигатели
Принципът на действие остава същият и се основава на взаимодействието на магнитните полета на проводника с тока и магнита. Но токовият проводник не е проводник, а диск, въртящ се около ос. Токът се подава по следния начин: единият контакт се затваря върху металната ос, а другият, чрез така наречената четка, свързва ръба на металния кръг. Такъв двигател, както се вижда, има доста сложен дизайн и следователно често се проваля. Основното приложение са научни изследвания в областта на физиката на електричеството и електрическото задвижване.
Характеристики на универсалните колекторни двигатели
По принцип този тип двигатели не носят нищо ново. Но има много важна характеристика - способността да работи катоот DC мрежата и от AC мрежата. Понякога това му свойство може да спести значителни пари за ремонт и модернизация на оборудване.
Честотата на променливия ток е строго регулирана и е 50 херца. С други думи, посоката на движение на отрицателно заредените частици се променя 50 пъти в секунда. Някои погрешно вярват, че роторът на електродвигателя също трябва да променя посоката на въртене (по часовниковата стрелка - обратно на часовниковата стрелка) 50 пъти в секунда. Ако това беше вярно, тогава всяко полезно приложение на електродвигателите с променлив ток би било изключено. Какво се случва в действителност: токът на намотките на котвата и статора се синхронизира с помощта на най-простите кондензатори. И следователно, когато посоката на тока върху рамката на котвата се промени, посоката му върху статора също се променя. Така роторът постоянно се върти в една посока.
За съжаление, ефективността на този тип DC двигатели е много по-ниска от тази на инверторните и униполярните двигатели. Следователно използването му е ограничено до доста тесни области - където е необходимо да се получи максимална надеждност на всяка цена, без да се вземат предвид оперативните разходи (например военно инженерство).
Окончателни клаузи
Технологията не стои на едно място и днес много научни училища по света се конкурират помежду си и се стремят да създадат евтин и икономичен двигател с висока ефективност и производителност. Мощността на DC електродвигателите нараства от година на година, докато тяхнатаконсумация на енергия.
Учените прогнозират, че бъдещето ще се определя от електрическото оборудване и ерата на петрола ще свърши доста скоро.
