Het is moeilijk om je zelfs maar voor te stellen hoe de moderne wereld eruit zou zien zonder een gelijkstroom-elektromotor (en trouwens een wisselstroommotor). Elk modern mechanisme is uitgerust met een elektromotor. Het kan een ander doel hebben, maar zijn aanwezigheid is in de regel van cruciaal belang. De verwachting is dat in de nabije toekomst de rol van de DC-motor alleen maar zal toenemen. Zonder dit apparaat is het vandaag al onmogelijk om hoogwaardige, betrouwbare en stille apparatuur te maken met instelbare snelheden. Maar dit is de sleutel tot de ontwikkeling van de staat en de wereldeconomie als geheel.
Uit de geschiedenis van de gelijkstroommotor
Tijdens experimenten in 1821 ontdekte de beroemde wetenschapper Faraday per ongeluk dat een magneet en een stroomvoerende geleider op de een of andere manierelkaar beïnvloeden. In het bijzonder kan een permanente magneet de rotatie van een eenvoudig stroomvoerend geleidercircuit veroorzaken. De resultaten van deze experimenten werden gebruikt voor verder onderzoek.
Al in 1833 creëerde Thomas Davenport een modeltrein met een kleine elektromotor die hem kan aandrijven.
In 1838 werd in het Russische rijk een passagiersboot voor 12 zitplaatsen gebouwd. Toen deze elektrisch aangedreven boot langs de Neva tegen de stroom in ging, veroorzaakte het een ware explosie van emoties in de wetenschappelijke gemeenschap en niet alleen.
Hoe een DC-motor werkt
Als je het werk oppervlakkig bekijkt, zoals ze doen op school in natuurkundelessen, lijkt het misschien dat er absoluut niets ingewikkelds in zit. Maar dit is slechts op het eerste gezicht. In feite is de wetenschap van elektrische aandrijving een van de moeilijkste in de cyclus van technische disciplines. Tijdens de werking van een elektromotor treden een aantal complexe fysieke verschijnselen op, die nog steeds niet volledig worden begrepen en worden verklaard door verschillende hypothesen en veronderstellingen.
In een vereenvoudigde versie kan het werkingsprincipe van een DC-motor als volgt worden beschreven. Een geleider wordt in een magnetisch veld geplaatst en er wordt een stroom doorheen geleid. Bovendien, als we de doorsnede van de geleider beschouwen, ontstaan er onzichtbare kracht concentrische cirkels eromheen - dit is een magnetisch veld dat wordt gevormd door de stroom in de geleider. Zoals eerder vermeld, zijn deze magnetische velden onzichtbaar voor het menselijk oog. Maar er is een eenvoudige truc waarmee je ze visueel kunt observeren. De gemakkelijkste manier is om een gat te maken in multiplex of een dik vel papier waar de draad doorheen kan. In dit geval moet het oppervlak nabij het gat worden bedekt met een dunne laag fijn verdeeld magnetisch metaalpoeder (ook fijn zaagsel kan worden gebruikt). Wanneer het circuit gesloten is, vormen de poederdeeltjes een lijn in de vorm van het magnetische veld.
Eigenlijk is het werkingsprincipe van een DC-motor gebaseerd op dit fenomeen. Tussen de noord- en zuidpool van een U-vormige magneet wordt een stroomvoerende geleider geplaatst. Door de interactie van magnetische velden komt de draad in beweging. De bewegingsrichting hangt af van hoe de palen zijn gepositioneerd en kan nauwkeurig worden bepaald door de zogenaamde gimlet-regel.
Ampèresterkte
De kracht die een stroomvoerende geleider uit het veld van een permanente magneet duwt, wordt de Ampèrekracht genoemd - naar een beroemde onderzoeker van elektrische verschijnselen. De eenheid van stroom is ook naar hem vernoemd.
Om de numerieke waarde van deze kracht te vinden, moet je de stroom in de betreffende geleider vermenigvuldigen met zijn lengte en met de grootte (vector) van het magnetische veld.
De formule ziet er als volgt uit:
F=IBL.
Model van de eenvoudigste motor
Om de meest primitieve motor te bouwen, moet je grofweg een frame van geleidend materiaal (draad) in een magnetisch veld plaatsen en het van stroom voorzien. Het frame draait naar een bepaalde hoek en stopt. Deze positie op het jargon van specialisten ingebied van de elektrische aandrijving wordt "dood" genoemd. De reden van de stop is dat de magnetische velden als het ware worden gecompenseerd. Met andere woorden, dit gebeurt wanneer de resulterende kracht gelijk wordt aan nul. Daarom omvat het DC-motorapparaat niet één, maar meerdere frames. In een echte industriële eenheid (die op apparatuur is geïnstalleerd), kunnen er heel, heel veel van dergelijke elementaire circuits zijn. Dus wanneer krachten op het ene frame worden gebalanceerd, ha alt het andere frame het uit de "verdoving".
Kenmerken van het apparaat van motoren met verschillende vermogens
Zelfs iemand die ver verwijderd is van de wereld van de elektrotechniek, zal onmiddellijk beseffen dat er zonder een bron van een constant magnetisch veld gewoon geen sprake is van een gelijkstroom-elektromotor. Een verscheidenheid aan apparaten wordt als dergelijke bronnen gebruikt.
Voor DC-motoren met laag vermogen (12 volt of minder) is een permanente magneet de ideale oplossing. Maar deze optie is niet geschikt voor eenheden met een groot vermogen en formaat: de magneten zullen te duur en te zwaar zijn. Daarom is het bij gelijkstroommotoren van 220 V of meer handiger om een inductor (veldwikkeling) te gebruiken. Om ervoor te zorgen dat de spoel een bron van een magnetisch veld wordt, moet deze van stroom worden voorzien.
Elektrisch motorontwerp
Over het algemeen omvat het ontwerp van een DC-motor de volgende elementen:collector, stator en armatuur.
Het anker dient als lagerelement voor de motorwikkeling. Het bestaat uit dunne staalplaten voor elektrische doeleinden met groeven rond de omtrek voor het leggen van de draad. Het fabricagemateriaal is in dit geval erg belangrijk. Zoals reeds vermeld, wordt er elektrisch staal gebruikt. Deze materiaalkwaliteit wordt gekenmerkt door een grote kunstmatig gekweekte korrelgrootte en zachtheid (als gevolg van laag koolstofgeh alte). Bovendien bestaat de hele constructie uit dunne, geïsoleerde platen. Dit alles laat geen parasitaire stromen toe en voorkomt oververhitting van het anker.
De stator is een vast onderdeel. Het vervult de rol van de eerder besproken magneet. Om de werking van een modelmotor in het laboratorium te demonstreren, wordt voor de duidelijkheid en een beter begrip van de principes een stator met twee polen gebruikt. Echte industriële motoren gebruiken apparaten met een groot aantal poolparen.
Een collector is een schakelaar (connector) die stroom levert aan de wikkelcircuits van een gelijkstroommotor. Zijn aanwezigheid is strikt noodzakelijk. Zonder dit zal de motor schokkerig lopen, niet soepel.
Verscheidenheden van motoren
Er is niet één universele motor die zou worden gebruikt in absoluut alle takken van technologie en de nationale economie en zou voldoen aan alle eisen op het gebied van veiligheid en betrouwbaarheid tijdens bedrijf.
Je moet heel voorzichtig zijn bij het kiezen van een DC-motor. Reparatie is extreem moeilijk en duureen procedure die alleen kan worden uitgevoerd door voldoende gekwalificeerd personeel. En als het ontwerp en de mogelijkheden van de motor niet aan de eisen voldoen, wordt er veel geld uitgegeven aan reparaties.
Er zijn vier hoofdtypen DC-motoren: geborstelde, inverter-, unipolaire en universele geborstelde DC-motoren. Elk van deze typen heeft zijn eigen positieve en negatieve eigenschappen. Er moet een korte beschrijving van elk van hen worden gegeven.
DC geborstelde motoren
Er zijn een groot aantal mogelijke manieren om motoren van dit type te implementeren: één collector en een even aantal circuits, meerdere collectors en verschillende wikkelcircuits, drie collectors en hetzelfde aantal windingen, vier collectors en twee kronkelende bochten, vier collectoren en vier circuits op anker, en tot slot - acht collectoren met een anker zonder frame.
Dit type motor wordt gekenmerkt door een vergelijkende eenvoud van uitvoering en productie. Het is om deze reden dat het bekend staat als een universele motor, waarvan de toepassing zeer uitgebreid is: van speelgoed radiografisch bestuurbare auto's tot zeer complexe en hightech CNC-bewerkingsmachines gemaakt in Duitsland of Japan.
Over invertermotoren
Over het algemeen lijkt dit type motor erg op de verzamelaar en heeft het dezelfde voor- en nadelen. Het enige verschil zit in het startmechanisme: het is meerperfect, waarmee u eenvoudig de snelheid kunt omkeren en de rotorsnelheid kunt aanpassen. De prestaties van dit type gelijkstroommotor zijn dus superieur aan die van collectormotoren in een aantal parameters.
Maar als er winst is in iets, dan zal er in sommige dingen ook verlies zijn. Dit is een onmiskenbare wet van het universum. Dus in dit geval: superioriteit wordt geleverd door een nogal complexe en grillige techniek, die vaak fa alt. Volgens ervaren specialisten is het repareren van DC-motoren van het invertertype vrij moeilijk uit te voeren. Soms kunnen zelfs ervaren elektriciens een storing in het systeem niet diagnosticeren.
Kenmerken van unipolaire DC-motoren
Het werkingsprincipe blijft hetzelfde en is gebaseerd op de interactie van de magnetische velden van de geleider met de stroom en de magneet. Maar de stroomgeleider is geen draad, maar een schijf die om een as draait. De stroom wordt als volgt geleverd: het ene contact sluit op de metalen as en het andere, via de zogenaamde borstel, verbindt de rand van de metalen cirkel. Zo'n motor heeft, zoals te zien is, een vrij complex ontwerp en fa alt daarom vaak. De belangrijkste toepassing is wetenschappelijk onderzoek op het gebied van fysica van elektriciteit en elektrische aandrijving.
Kenmerken van universele commutatormotoren
In principe bevat dit type motor niets nieuws. Maar het heeft een zeer belangrijke functie: het vermogen om te werken alsvan het DC-netwerk en van het AC-netwerk. Soms kan deze eigenschap ervan aanzienlijk geld besparen op de reparatie en modernisering van apparatuur.
De wisselstroomfrequentie is strikt gereguleerd en bedraagt 50 Hertz. Met andere woorden, de bewegingsrichting van negatief geladen deeltjes verandert 50 keer per seconde. Sommigen denken ten onrechte dat de rotor van een elektromotor ook 50 keer per seconde van draairichting (met de klok mee - tegen de klok in) moet veranderen. Als dit waar zou zijn, zou elke nuttige toepassing van AC-elektromotoren uitgesloten zijn. Wat gebeurt er in werkelijkheid: de stroom van de anker- en statorwikkelingen wordt gesynchroniseerd met behulp van de eenvoudigste condensatoren. En daarom, wanneer de richting van de stroom op het ankerframe verandert, verandert ook de richting op de stator. De rotor draait dus constant in één richting.
Helaas is het rendement van dit type DC-motor veel lager dan dat van inverter- en unipolaire motoren. Daarom is het gebruik ervan beperkt tot vrij smalle gebieden - waar het nodig is om tegen elke prijs maximale betrouwbaarheid te verkrijgen, zonder rekening te houden met de bedrijfskosten (bijvoorbeeld militaire techniek).
Slotbepalingen
Technologie staat niet stil, en tegenwoordig concurreren veel wetenschappelijke scholen over de hele wereld met elkaar en streven ze naar het creëren van een goedkope en zuinige motor met hoge efficiëntie en prestaties. Het vermogen van gelijkstroom-elektromotoren groeit van jaar tot jaar, terwijl hunstroomverbruik.
Wetenschappers voorspellen dat de toekomst bepaald zal worden door elektrische apparatuur, en dat het olietijdperk binnenkort zal eindigen.
