Jak elektromotor funguje—teoreticky
Foto: elektrikář opravy elektrického motoronboard letadlovou loď.Lesklý kov, který používá, může vypadat jako zlato,ale ve skutečnosti je to měď, dobrý vodič, který je mnohem levnější. Foto Jason Jacobowitz s laskavým svolením amerického námořnictva.
vztah mezi elektřinou, magnetismem a pohybem byl originallydiscovered v roce 1820 francouzský fyzik André-MarieAmpère(1775-1867) a to je základní věda za elektrický motor., Ale pokud chceme tento úžasný vědecký objev proměnit v praktičtější technologii pro napájení našich elektrických sekaček a zubních kartáčků, musíme to vzít trochu dále. Vynálezci, kteří to udělali, byli Angličan Michael Faraday (1791-1867)a William Sturgeon (1783-1850) a AmericanJoseph Henry (1797-1878). Zde je jejich geniální vynález.
Předpokládejme, že ohýbáme náš drát do čtvercové smyčky ve tvaru písmene U, takže existují dva paralelní vodiče procházející magnetickým polem., Jeden z nich odvádí elektrický proud od nás drátem a druhý zase přivádí proud zpět. Protože proud proudí v opačných směrech v drátech, Flemingovo levé pravidlo nám říká, že dva dráty se budou pohybovat v opačných směrech. Jinými slovy, když zapneme elektřinu, jeden z vodičů se bude pohybovat nahoru a druhý se bude pohybovat směrem dolů.
Pokud cívka drátu mohl pokračovat v pohybu, jako je tato, to by rotatecontinuously—a my bychom byli na dobré cestě k vytvoření electricmotor. Ale to se s naším současným nastavením nemůže stát: dráty se rychle zamotají., Nejen to, ale v případě, že cívka by mohla otáčet farenough, něco jiného by se stalo. Jakmile cívka dosáhne vertikálnípozice, převrátila by se, takže elektrický proud byprocházel opačným směrem. Nyní síly na každémstrana cívky by se obrátila. Místo toho, aby se nepřetržitě otáčel stejným směrem, posunul by se zpět ve směru, kterým právě přišel!Představte si elektrický vlak s takovým motorem: na místě by se to pořád otáčelo dozadu a dopředu, aniž by to vůbec šlo.,
jak funguje elektromotor-v praxi
existují dva způsoby, jak tento problém překonat. Jeden je použít druh ofelectric proud, který se pravidelně střídá směr, který je známý střídavý proud (AC).V trochu malý, baterie-poweredmotors budeme používat kolem domova, lepší řešení je přidat componentcalled komutátoru na theends cívky. (Nebojte se nesmyslného technickéhojméno: toto mírně staromódní slovo “ komutace „je trochu jako slovo“dojíždět“., To prostě znamená změnit tam a zpět ve stejnémzpůsob, jakým dojíždět znamená cestovat tam a zpět.) Ve své nejjednodušší podoběkomutátor je kovový kroužek rozdělený na dvě oddělené poloviny ajeho úkolem je zvrátit elektrický proud ve cívce pokaždé, když seolej otáčí půl otáčky. Jeden konec cívky je připojenkaždá polovina komutátoru. Elektrický proud z bateriepřipojuje se k elektrickým svorkám motoru.,Tyto doplňkové elektrické energie do komutátoru přes pár looseconnectors tzv. kartáče,madeeither z kousků grafitu (měkké uhlíkové podobné tužka“vedení“), nebo tenké délky pružný kov,který (jak název napovídá) „kartáč“ proti komutátoru. S kommutátorem na místě, když elektřina protéká okruhem, se olej bude neustále otáčet stejným směrem.
kresba: zjednodušený diagram dílů v elektrickémmotoru. Animace: jak to funguje v praxi., Všimněte si, jak komutátor zvrátí proud pokaždé, když se cívka otočíchodem. To znamená, že síla na každé straně cívky je vždyckyčištění ve stejném směru, což udržuje cívku rotující ve směru hodinových ručiček.
jednoduchý, experimentální motor jako je tento není schopen tam moc. Můžeme zvýšit otáčení síla (nebo moment), že themotor můžete vytvořit třemi způsoby: buď můžeme mít morepowerful permanentní magnet, nebo můžeme zvýšit elektrický currentflowing přes drát, nebo si můžeme udělat cívku, tak to má mnoho“otočí“ (smyček) z velmi tenkého drátu namísto jednoho „otočení“ z tlustého drátu.,V praxi má motor také permanentní magnet zakřivený v acircular tvaru, takže se téměř dotýká cívky drátu, která se otáčíuvnitř. Čím blíže je magnet a cívka, tím větší je síla, kterou může motor produkovat.
i když jsme si popsali řadu různých dílů, můžete si motor jako mají jen dvě základní složky:
- je permanentní magnet (nebo magnety) kolem okraje motorových případě, že zůstává statická, takže se to teď nazývá stator motoru.,
- uvnitř statoru je cívka namontovaná na nápravě, která se otáčí vysokou rychlostí—a to se nazývá rotor. Rotor také obsahuje komutátor.
Univerzální motory
STEJNOSMĚRNÉ motory jako je tento, jsou skvělé pro baterie-poháněl hračky (věci, jako je model vlaky, rádiem řízené automobily, nebo elektrické holicí strojky), ale nenajdete je v mnoha domácích spotřebičů. Malé spotřebiče (věci jako mlýnky na kávu nebo elektrické směšovače potravin) mají tendenci používat to, co se nazývá univerzální motory, které mohou být napájeny buď AC nebo DC., Na rozdíl od jednoduchého DC motor, univerzální motor má elektromagnet, místo trvalého magnetu, a to je napájen z DC nebo AC napájení, krmení v:
- Když krmíte v DC, elektromagnet funguje jako běžný permanentní magnet a vytváří magnetické pole, které je vždy ukázal ve stejném směru. Komutátor obrátí proud cívky pokaždé, když se cívka převrátí, stejně jako v jednoduchém stejnosměrném motoru, takže cívka se vždy otáčí stejným směrem.,
- Když krmíte v AC, nicméně, proud protékající elektromagnetem a a proud protékající cívkou obě reverzní, přesně v kroku, takže síly působící na cívku je vždy ve stejném směru a motor se pořád točí po směru hodinových ručiček nebo proti směru hodinových ručiček. A co komutátor? Frekvence proudu mění mnohem rychleji, než se motor otáčí a, protože pole a proud jsou vždy v kroku, to není vlastně jedno, v jakém postavení komutátoru je v daném okamžiku.,
Animace: Jak univerzální motor funguje: dodávky elektřiny pravomoci jak na magnetické pole rotující cívky. Při stejnosměrném napájení funguje univerzální motor stejně jako běžný stejnosměrný, jak je uvedeno výše. Při napájení střídavým proudem mění směr magnetického pole i proudu cívky pokaždé, když se napájecí proud obrátí. To znamená, že síla na cívce vždy ukazuje stejným způsobem.,
foto: uvnitř typického univerzálního motoru: hlavní části uvnitř středně velkého motoru z mlýnku na kávu, které mohou běžet buď na stejnosměrný nebo střídavý proud. Šedý elektromagnet kolem okraje je stator (statická část) a jeho poháněný oranžovými cívkami. Všimněte si také štěrbiny v komutátoru a uhlíkové kartáče tlačí proti němu, které poskytují sílu rotoru (rotující část)., Indukční motory v takové věci, jako elektrické železnice vlaky jsou mnohokrát větší a silnější než to, a vždy pracovat s použitím high-napětí střídavý proud (AC), místo nízkého napětí stejnosměrného proudu (DC), nebo středně nízké napětí AC domácnosti, který pohání univerzální motory.
jiné druhy elektromotorů
u jednoduchých stejnosměrných a univerzálních motorů se rotor otáčí uvnitř statoru. Rotor je cívka připojená k elektrickému napájení a stator je permanentní magnet nebo elektromagnet., Velké AC motory (používá se v věci, jako tovární stroje), práce v mírně odlišným způsobem: oni průchodu střídavého proudu přes protichůdné dvojice magnetů vytvořit rotující magnetické pole, které „vyvolává“ (vytváří) magnetické pole v motoru je rotor, přimět to, aby točit kolem. Více si o tom můžete přečíst v našem článku o střídavých indukčních motorech. Pokud budete mít jeden z těchto indukční motory a „rozbalit“, takže statoru je efektivně rozloženy do dlouhého nepřetržitého sledování, rotor může kutálet podél v rovné linii., Tento důmyslný design je známý jako lineární motor a najdete ho v takových věcech, jako jsou tovární stroje a plovoucí železnice „maglev“ (magnetická levitace).
dalším zajímavým designem je střídavý DC (BLDC) motor. Stator a rotor efektivně vyměnit přes, s více železa cívky statické ve středu a permanentní magnet rotující kolem nich, a komutátor a kartáče jsou nahrazena elektronickým obvodem. Více si můžete přečíst v našem hlavním článku o hub motors.Krokové motory, které se otáčejí přes přesně řízené úhly, jsou variací střídavých stejnosměrných motorů.,
