Cum de un motor electric de lucrări—în teorie
Foto: Un electrician reparatii electrice motoronboard un portavion.Metalul strălucitor pe care îl folosește poate arăta ca aurul,dar este de fapt cupru,un bun conductor care este mult mai puțin costisitor. Fotografie de Jason Jacobowitz prin amabilitatea US Navy.
legătura dintre electricitate, magnetism, și mișcarea a fost originallydiscovered în 1820 de către fizicianul francez André-MarieAmpère(1775-1867) și este la bază știința din spatele unui motor electric., Dar dacă vrem să transformăm această uimitoare descoperire științifică într-o tehnologie mai practică pentru a ne alimenta cositoarele electrice și periuțele de dinți, trebuie să o ducem puțin mai departe. Inventatorii care au făcut asta au fost Englezi Michael Faraday (1791-1867)și William Sturgeon (1783-1850) și AmericanJoseph Henry (1797-1878). Iată cum au ajuns la invenția lor strălucitoare.să presupunem că ne îndoim firul într-o buclă pătrată, în formă de U, astfel încât să existedouă fire paralele care trec prin câmpul magnetic., Unul dintre ei ia curentul electric departe de noi prin fir, iar celălalt aduce curentul înapoi din nou. Deoarece curentul curge în direcții opuse în fire, regula din stânga a lui Fleming ne spune că două fire se vor deplasa în direcții opuse. Cu alte cuvinte, când pornim electricitatea, unul dintre fire se va mișca în sus, iar celălalt se va mișca în jos.
Dacă bobina de sârmă ar putea transporta pe mișcându-se așa, s-ar rotatecontinuously—și ne-ar fi bine pe cale de a face o electricmotor. Dar asta nu se poate întâmpla cu configurația noastră actuală: firele se vor încurca rapid., Nu numai asta, dar dacă bobina ar putea roti farenough, altceva s-ar întâmpla. Odată ce bobina a atins poziția verticală, s-ar răsturna, astfel încât curentul electric ar curge prin ea în sens invers. Acum forțele de pe fiecareparte a bobinei ar inversa. În loc să se rotească continuu în aceeași direcție, s-ar muta înapoi în direcția în care tocmai venise!Imaginați-vă un tren electric cu un motor ca acesta: s-ar mișca înainte și înapoi pe loc, fără să meargă vreodată nicăieri.,
cum funcționează un motor electric-în practică
există două modalități de a depăși această problemă. Una este de a utiliza un fel ofelectric curent care periodic inversează direcția, care este recunoscută drept un curent alternativ (AC).La fel de mic, baterie-poweredmotors vom folosi în jurul valorii de acasă, o soluție mai bună este de a adăuga un componentcalled un comutator pentru a theends a bobinei. (Nu vă faceți griji despre sens technicalname: acest ușor de modă veche cuvântul „comutare” este un pic ca theword „naveta”., Pur și simplu înseamnă să se schimbe înainte și înapoi în același mod care naveta înseamnă să călătorească înainte și înapoi.) În forma sa cea mai simplă, thecommutator este un inel de metal împărțit în două jumătăți separate și locuri de muncă este de a inversa curentul electric din bobina de fiecare dată thecoil se roteste cu o jumătate de rotație. Un capăt al bobinei este atașat lafiecare jumătate a comutatorului. Curentul electric de la bateriese conectează la bornele electrice ale motorului.,Aceste alimentare energie electrică în colector printr-o pereche de looseconnectors numit perii,madeeither din bucăți de grafit (carbon moale similare la creion”plumb”) sau subțire lungimi de elastic de metal,care (după cum sugerează și numele) „perie” împotriva colector. Cu thecommutator în loc, atunci când energia electrică curge prin circuit, thecoil se va roti continuu în aceeași direcție.
opera de Arta: O diagramă simplificată a pieselor într-un electricmotor. Animație: cum funcționează în practică., Rețineți modul în care comutatorul inversează curentul de fiecare dată când bobina se roteștehalfway. Aceasta înseamnă că forța de pe fiecare parte a bobinei este întotdeaunaîmpingându-se în aceeași direcție, ceea ce menține bobina rotind în sensul acelor de ceasornic.
un motor simplu, experimental, cum ar fi acest lucru nu este capabil de a faceputere mare. Putem crește întoarcerea vigoare (sau cuplu)care themotor poate crea în trei moduri: fie putem avea o morepowerful magnet permanent, sau putem crește electric currentflowing prin fir, sau putem face bobina astfel încât acesta are mai multe”ture” (bucle) de foarte sârmă subțire în loc de un „turn” de sârmă groasă.,În practică, un motor are, de asemenea, cu magnet permanent curbat în acircular forma aproape că atinge bobina de sârmă care rotatesinside ea. Cu cât magnetul și bobina sunt mai apropiate, cu atât forța pe care o poate produce motorul este mai mare.
Deși am descris un număr de părți diferite, vă puteți gândi la un motor ca având doar două componente esențiale:
- este un magnet permanent (sau magneți) pe marginea motor caz că rămâne statică, așa se numește stator de motor.,
- în interiorul statorului, există bobina, montată pe o axă care se învârte la viteză mare—și aceasta se numește rotor. Rotorul include și comutatorul.motoarele de curent continuu ca acesta sunt excelente pentru jucăriile alimentate cu baterii (lucruri precum trenuri model, mașini controlate radio sau aparate de ras electrice), dar nu le găsiți în multe aparate de uz casnic. Aparatele mici (lucruri precum râșnițele de cafea sau blenderele electrice pentru alimente) tind să folosească ceea ce se numește motoare universale, care pot fi alimentate fie de AC, fie de DC., Spre deosebire de un simplu motor de curent continuu, un motor universal are un electromagnet, în loc de un magnet permanent, și este nevoie de putere de curent continuu sau de curent ALTERNATIV-ai hrănit în:
- atunci Când te hrănești în DC, electromagnet funcționează ca un convenționale cu magnet permanent și produce un câmp magnetic care este întotdeauna îndreptată în aceeași direcție. Comutatorul inversează curentul bobinei de fiecare dată când bobina se răstoarnă, la fel ca într-un simplu motor DC, astfel încât bobina se învârte întotdeauna în aceeași direcție.,
- când alimentați în AC, cu toate acestea, curentul care curge prin electromagnet și curentul care curge prin bobină ambele invers, exact în pas, astfel încât forța pe bobină este întotdeauna în aceeași direcție, iar motorul se învârte întotdeauna în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic. Cum rămâne cu întrerupătorul? Frecvența curentului se schimbă mult mai repede decât motorul se rotește și, deoarece câmpul și curentul sunt întotdeauna în pas, nu contează de fapt în ce poziție se află comutatorul la un moment dat.,
Animatie: Cum un universal motor works: alimentarea Cu energie electrică puteri atât câmpul magnetic și rotirea bobinei. Cu o sursă de curent continuu, un motor universal funcționează la fel ca unul DC convențional, ca mai sus. Cu o sursă de curent alternativ, atât câmpul magnetic, cât și curentul bobinei schimbă direcția de fiecare dată când curentul de alimentare se inversează. Asta înseamnă că forța de pe bobină este întotdeauna îndreptată în același mod.,foto: în interiorul unui motor universal tipic: părțile principale din interiorul unui motor de dimensiuni medii de la un măcinător de cafea, care poate funcționa fie pe curent continuu, fie pe curent alternativ. Electromagnetul gri în jurul marginii este statorul (partea statică) și alimentat de bobinele de culoare portocalie. Rețineți, de asemenea, fantele din comutator și periile de carbon care se împing împotriva acestuia, care asigură alimentarea rotorului (partea rotativă)., Motoarele cu inducție în astfel de lucruri ca trenurile electrice de cale ferată sunt de multe ori mai mari și mai puternice decât aceasta și funcționează întotdeauna folosind curent alternativ de înaltă tensiune (AC), în loc de curent continuu de joasă tensiune (DC) sau AC de uz casnic moderat de joasă tensiune care alimentează universal motors.alte tipuri de motoare electrice
în motoarele simple DC și universale, rotorul se rotește în interiorul statorului. Rotorul este o bobină conectată la sursa de alimentare electrică, iar statorul este un magnet permanent sau electromagnet., Mari motoare de curent ALTERNATIV (folosită în fabrica de mașini) funcționează într-un mod ușor diferit: se trece un curent alternativ prin opuse perechi de magneți pentru a crea un câmp magnetic rotativ, care „induce” (creează) și un câmp magnetic în motor rotor, făcându-l să se rotească în jurul. Puteți citi mai multe despre acest lucru în articolul nostru despre motoarele cu inducție AC. Dacă luați unul dintre aceste motoare cu inducție și îl „desfaceți”, astfel încât statorul este așezat efectiv într-o cale lungă continuă, rotorul se poate rula de-a lungul acestuia în linie dreaptă., Acest design ingenios este cunoscut ca un motor liniar, și îl veți găsi în astfel de lucruri ca mașini de fabrică și plutitoare „maglev” (levitație magnetică) căi ferate.un alt design interesant este motorul DC (BLDC) fără perii. Statorul și rotorul se schimbă eficient, cu mai multe bobine de fier statice în centru și magnetul permanent care se rotește în jurul lor, iar comutatorul și periile sunt înlocuite cu un circuit electronic. Puteți citi mai multe în articolul nostru principal despre motoarele hub.Motoarele pas cu pas, care se rotesc prin unghiuri controlate cu precizie, sunt o variație a motoarelor DC fără perii.,
