Dnes je nemožné predstaviť si ľudskú civilizáciu a technologicky vyspelú spoločnosť bez elektriny. Jedným z hlavných zariadení, ktoré zabezpečujú prevádzku elektrických spotrebičov, je motor. Tento stroj si našiel najširšiu distribúciu: od priemyslu (ventilátory, drviče, kompresory) až po domáce použitie (práčky, vŕtačky atď.). Aký je však princíp fungovania elektromotora?
Destination
Princíp činnosti elektromotora a jeho hlavným cieľom je prenášať mechanickú energiu potrebnú na vykonávanie technologických procesov na pracovné orgány. Samotný motor si ho generuje vďaka elektrickej energii spotrebovanej zo siete. V podstate povedané, princípom činnosti elektromotora je premena elektrickej energie na mechanickú energiu. Množstvo mechanickej energie, ktorú vygeneruje za jednu jednotku času, sa nazýva výkon.
Zobrazeniamotory
V závislosti od charakteristík napájacej siete možno rozlíšiť dva hlavné typy motorov: na jednosmerný a na striedavý prúd. Najbežnejšie jednosmerné stroje sú motory so sériovým, nezávislým a zmiešaným budením. Príklady striedavých motorov sú synchrónne a asynchrónne stroje. Napriek zjavnej rozmanitosti je zariadenie a princíp činnosti elektromotora na akýkoľvek účel založený na interakcii vodiča s prúdom a magnetickým poľom, prípadne permanentného magnetu (feromagnetického objektu) s magnetickým poľom.
Prúdová slučka – prototyp motora
Hlavným bodom v takej záležitosti, ako je princíp činnosti elektrického motora, možno nazvať vzhľad krútiaceho momentu. Tento jav je možné zvážiť na príklade rámu s prúdom, ktorý pozostáva z dvoch vodičov a magnetu. Prúd je privádzaný do vodičov cez kontaktné krúžky, ktoré sú upevnené na osi otočného rámu. V súlade so známym pravidlom ľavej ruky budú na rám pôsobiť sily, ktoré vytvoria krútiaci moment okolo osi. Pôsobením tejto celkovej sily sa bude otáčať proti smeru hodinových ručičiek. Je známe, že tento moment otáčania je priamo úmerný magnetickej indukcii (B), sile prúdu (I), ploche rámu (S) a závisí od uhla medzi siločiarami a osou druhej. Pri pôsobení momentu, ktorý mení svoj smer, sa však rám rozkýve. Čo možno urobiť pre vytvorenie trvaléhopokyny? Tu sú dve možnosti:
- zmeniť smer elektrického prúdu v ráme a polohu vodičov vzhľadom na póly magnetu;
- zmeniť smer samotného poľa, kým sa rám otáča rovnakým smerom.
Prvá možnosť sa používa pre jednosmerné motory. A druhým je princíp striedavého motora.
Zmena smeru prúdu vzhľadom na magnet
Na zmenu smeru pohybu nabitých častíc vo vodiči rámu prúdom potrebujete zariadenie, ktoré by nastavilo tento smer v závislosti od umiestnenia vodičov. Táto konštrukcia je realizovaná pomocou posuvných kontaktov, ktoré slúžia na napájanie slučky. Keď jeden krúžok nahradí dva, keď sa rám otočí o pol otáčky, smer prúdu sa obráti a krútiaci moment ho zachová. Je dôležité poznamenať, že jeden krúžok je zostavený z dvoch polovíc, ktoré sú od seba izolované.
Konštrukcia stroja DC
Vyššie uvedený príklad je pracovný princíp jednosmerného motora. Skutočný stroj má, samozrejme, zložitejšiu konštrukciu, kde sa na vytvorenie vinutia kotvy používajú desiatky rámov. Vodiče tohto vinutia sú uložené v špeciálnych drážkach vo valcovom feromagnetickom jadre. Konce vinutí sú spojené s izolovanými krúžkami, ktoré tvoria kolektor. Vinutie, komutátor a jadro sú kotva otáčajúca sa v ložiskách na tele samotného motora. Budiace magnetické pole vytvárajú póly permanentných magnetov, ktoré sú umiestnené v kryte. Vinutie je pripojené k sieti a môže byť zapnuté buď nezávisle od obvodu kotvy alebo sériovo. V prvom prípade bude mať elektromotor nezávislé budenie, v druhom - sekvenčné. Existuje aj zmiešaný dizajn budenia, kedy sú použité dva typy zapojenia vinutia naraz.
Synchrónny stroj
Princíp činnosti synchrónneho motora spočíva vo vytváraní rotujúceho magnetického poľa. Potom musíte do tohto poľa umiestniť vodiče, ktoré sú usmernené s konštantným prúdom v smere. Princíp činnosti synchrónneho motora, ktorý sa v priemysle veľmi rozšíril, je založený na uvedenom príklade so slučkou s prúdom. Rotujúce pole vytvorené magnetom sa vytvára pomocou systému vinutí, ktoré sú pripojené k elektrickej sieti. Zvyčajne sa používajú trojfázové vinutia, princíp činnosti jednofázového striedavého motora sa však nebude líšiť od trojfázového, možno s výnimkou počtu samotných fáz, čo nie je dôležité pri zvažovaní konštrukčných prvkov. Vinutia sú umiestnené v štrbinách statora s určitým posunom po obvode. Toto sa robí na vytvorenie rotujúceho magnetického poľa vo vytvorenej vzduchovej medzere.
Synchronizmus
Veľmi dôležitým bodom je synchrónny chod elektromotoravyššie uvedenej konštrukcie. Keď magnetické pole interaguje s prúdom vo vinutí rotora, vytvorí sa samotný proces otáčania motora, ktorý bude synchrónny vzhľadom na rotáciu magnetického poľa vytvoreného na statore. Synchronizmus bude zachovaný až do dosiahnutia maximálneho krútiaceho momentu, ktorý je spôsobený odporom. Ak sa zaťaženie zvýši, zariadenie sa nemusí synchronizovať.
Indukčný motor
Princíp činnosti asynchrónneho elektromotora spočíva v prítomnosti rotujúceho magnetického poľa a uzavretých rámov (obrysov) na rotore - rotujúcej časti. Magnetické pole sa vytvára rovnako ako pri synchrónnom motore - pomocou vinutí umiestnených v drážkach statora, ktoré sú napojené na sieť striedavého napätia. Vinutia rotora pozostávajú z tuctu rámov s uzavretou slučkou a zvyčajne majú dva typy vyhotovenia: fázové a skratované. Princíp činnosti striedavého motora v oboch verziách je rovnaký, mení sa len dizajn. V prípade rotora vo veveričke (tiež známeho ako klietka nakrátko) sa vinutie naleje do štrbín roztaveným hliníkom. Pri výrobe fázového vinutia sú konce každej fázy vyvedené pomocou klzných kontaktných krúžkov, čo umožní začlenenie ďalších odporov do obvodu, ktoré sú potrebné na riadenie otáčok motora.
Trakčný stroj
Princíp činnosti trakčného motora je podobný ako u jednosmerného motora. Z napájacej siete sa prúd privádza do stupňovitého transformátora. Ďalejtrojfázový striedavý prúd sa prenáša do špeciálnych trakčných rozvodní. Je tam usmerňovač. Premieňa striedavý prúd na jednosmerný prúd. Podľa schémy sa vykonáva s jednou z jej polarít na trolejové drôty, druhá - priamo na koľajnice. Je potrebné mať na pamäti, že mnohé trakčné mechanizmy pracujú s frekvenciou odlišnou od zavedených priemyselných (50 Hz). Preto sa pre elektromotor používa frekvenčný menič, ktorého princípom činnosti je premieňať frekvencie a riadiť túto charakteristiku.
Na zdvihnutom zberači sa napätie privádza do komôr, kde sú umiestnené štartovacie reostaty a stýkače. Pomocou ovládačov sú reostaty spojené s trakčnými motormi, ktoré sú umiestnené na nápravách podvozkov. Z nich prúd tečie cez pneumatiky na koľajnice a potom sa vracia do trakčnej rozvodne, čím sa dokončuje elektrický obvod.
