Ir grūti pat iedomāties, kā mūsdienu pasaule izskatītos bez līdzstrāvas elektromotora (un, starp citu, maiņstrāvas). Jebkurš moderns mehānisms ir aprīkots ar elektromotoru. Tam var būt cits mērķis, taču tā klātbūtne, kā likums, ir kritiska. Paredzams, ka tuvākajā nākotnē līdzstrāvas motora loma tikai pieaugs. Jau šobrīd bez šīs ierīces nav iespējams izveidot kvalitatīvu, uzticamu un klusu aprīkojumu ar regulējamiem ātrumiem. Bet tā ir valsts un visas pasaules ekonomikas attīstības atslēga.
No līdzstrāvas motora vēstures
Eksperimentu laikā 1821. gadā slavenais zinātnieks Faradejs nejauši atklāja, ka magnēts un strāvu nesošais vadītājs kaut kādā veidāietekmēt viens otru. Jo īpaši pastāvīgais magnēts var izraisīt vienkāršas strāvu nesošas vadītāja ķēdes griešanos. Šo eksperimentu rezultāti tika izmantoti turpmākiem pētījumiem.
Jau 1833. gadā Tomass Devenports izveidoja vilciena modeli ar nelielu elektromotoru, kas spēj to vadīt.
1838. gadā Krievijas impērijā tika uzbūvēta pasažieru laiva ar 12 sēdvietām. Kad šī ar elektromotoru darbināma laiva pa Ņevas upi devās pret straumi, tā izraisīja īstu emociju eksploziju zinātnieku aprindās un ne tikai.
Kā darbojas līdzstrāvas motors
Ja paskatās uz darbu virspusēji, kā to dara skolā fizikas stundās, var šķist, ka tajā nav absolūti nekā sarežģīta. Bet tas ir tikai no pirmā acu uzmetiena. Patiesībā elektriskās piedziņas zinātne ir viena no grūtākajām tehnisko disciplīnu ciklā. Elektromotora darbības laikā notiek vairākas sarežģītas fizikālas parādības, kuras joprojām nav pilnībā izprastas un tiek skaidrotas ar dažādām hipotēzēm un pieņēmumiem.
Vienkāršotā versijā līdzstrāvas motora darbības principu var raksturot šādi. Magnētiskā laukā tiek ievietots vadītājs, un caur to tiek izvadīta strāva. Turklāt, ja ņemam vērā vadītāja šķērsgriezumu, tad ap to rodas neredzami spēka koncentriski apļi - tas ir magnētiskais lauks, ko veido vadītājā esošā strāva. Kā jau minēts, šie magnētiskie lauki cilvēka acij ir neredzami. Bet ir vienkāršs triks, kas ļauj tos vizuāli novērot. Vienkāršākais veids ir izveidot caurumu saplāksnī vai biezā papīra loksnē, caur kuru izlaist vadu. Šajā gadījumā virsma pie urbuma jāpārklāj ar plānu smalki izkliedēta magnētiskā metāla pulvera kārtu (var izmantot arī smalkas zāģu skaidas). Kad ķēde ir aizvērta, pulvera daļiņas sakrīt magnētiskā lauka formā.
Faktiski līdzstrāvas motora darbības princips ir balstīts uz šo parādību. Starp U veida magnēta ziemeļu un dienvidu polu ir novietots strāvu nesošais vadītājs. Magnētisko lauku mijiedarbības rezultātā vads tiek iekustināts. Kustības virziens ir atkarīgs no stabu novietojuma, un to var precīzi noteikt ar tā saukto karkasa likumu.
Ampere Strength
Spēku, kas izstumj strāvu nesošo vadītāju no pastāvīgā magnēta lauka, sauc par Ampēra spēku - slavenā elektrisko parādību pētnieka vārdā. Viņa vārdā nosaukta arī strāvas mērvienība.
Lai atrastu šī spēka skaitlisko vērtību, jums jāreizina aplūkojamā vadītāja strāva ar tā garumu un magnētiskā lauka lielumu (vektoru).
Formula izskatīsies šādi:
F=IBL.
Vienkāršākā dzinēja modelis
Rupji runājot, lai uzbūvētu primitīvāko dzinēju, magnētiskajā laukā jāievieto vadoša materiāla rāmis (vads) un jābaro ar strāvu. Rāmis pagriezīsies noteiktā leņķī un apstāsies. Šī nostāja par speciālistu slengu inelektriskās piedziņas laukumu sauc par "mirušo". Apstāšanās iemesls ir tas, ka magnētiskie lauki tiek, tā teikt, kompensēti. Citiem vārdiem sakot, tas notiek, kad rezultējošais spēks kļūst vienāds ar nulli. Tāpēc līdzstrāvas motora ierīce ietver ne vienu, bet vairākus kadrus. Reālā rūpnieciskā vienībā (kas ir uzstādīta uz iekārtām) šādu elementāru shēmu var būt ļoti, ļoti daudz. Tātad, kad vienā kadrā tiek līdzsvaroti spēki, otrs rāmis to izved no "stupora".
Dažādas jaudas dzinēju ierīces īpašības
Pat cilvēks, kurš ir tālu no elektrotehnikas pasaules, uzreiz sapratīs, ka bez pastāvīga magnētiskā lauka avota vienkārši nevar būt runas par līdzstrāvas elektromotoru. Kā šādi avoti tiek izmantotas dažādas ierīces.
Mazas jaudas līdzstrāvas motoriem (12 volti vai mazāk) pastāvīgais magnēts ir ideāls risinājums. Bet šī opcija nav piemērota lielas jaudas un izmēra vienībām: magnēti būs pārāk dārgi un smagi. Tāpēc līdzstrāvas motoriem ar spriegumu 220 V vai vairāk ir lietderīgāk izmantot induktors (lauka tinumu). Lai induktors kļūtu par magnētiskā lauka avotu, tam jābūt barotam.
Elektromotora dizains
Kopumā jebkura līdzstrāvas motora dizains ietver šādus elementus:kolektors, stators un armatūra.
Armatūra kalpo kā nesošais elements motora tinumam. Tas sastāv no plānām tērauda loksnēm elektriskiem nolūkiem ar rievām pa perimetru stieples ielikšanai. Ražošanas materiāls šajā gadījumā ir ļoti svarīgs. Kā jau minēts, tiek izmantots elektrotērauds. Šai materiāla kategorijai raksturīgs liels mākslīgi audzēts graudu izmērs un maigums (zema oglekļa satura rezultātā). Turklāt visa konstrukcija sastāv no plānām, izolētām loksnēm. Tas viss neļauj rasties parazitārām strāvām un novērš armatūras pārkaršanu.
Stators ir fiksēta daļa. Tas pilda iepriekš apspriestā magnēta lomu. Modeļa motora darbības demonstrēšanai laboratorijā skaidrības un darbības principu labākai izpratnei tiek izmantots stators ar diviem poliem. Īstos rūpnieciskos motoros tiek izmantotas ierīces ar lielu skaitu polu pāru.
Kolektors ir slēdzis (savienotājs), kas piegādā strāvu līdzstrāvas motora tinumu ķēdēm. Tās klātbūtne ir absolūti nepieciešama. Bez tā dzinējs darbosies saraustīti, nevis vienmērīgi.
Dzinēju dažādība
Nav neviena universāla dzinēja, kas būtu izmantojams absolūti visās tehnikas un tautsaimniecības nozarēs un atbilstu visām prasībām drošības un uzticamības jomā ekspluatācijas laikā.
Izvēloties līdzstrāvas motoru, jums jābūt ļoti uzmanīgiem. Remonts ir ārkārtīgi grūts un dārgsprocedūra, ko var veikt tikai atbilstoši kvalificēts personāls. Un, ja dzinēja dizains un iespējas neatbilst prasībām, tad remontam tiks tērēti ievērojami līdzekļi.
Ir četri galvenie līdzstrāvas motoru veidi: matēti, invertora, vienpolāri un universāli suku līdzstrāvas motori. Katram no šiem veidiem ir savas pozitīvās un negatīvās īpašības. Jāsniedz īss apraksts par katru no tiem.
līdzstrāvas suku motori
Ir liels skaits iespējamo veidu šāda veida motoru ieviešanai: viens kolektors un pāra skaits ķēžu, vairāki kolektori un vairākas tinumu ķēdes, trīs kolektori un tikpat daudz tinumu apgriezienu, četri kolektori un divi tinumu pagriezieni, četri kolektori un četras ķēdes uz enkura, un visbeidzot - astoņi kolektori ar enkuru bez rāmja.
Šim dzinēja tipam ir raksturīga salīdzinoša izpildes un ražošanas vienkāršība. Tieši šī iemesla dēļ tas ir kļuvis pazīstams kā universāls motors, kura pielietojums ir ļoti plašs: no rotaļu radiovadāmām automašīnām līdz ļoti sarežģītiem un augsto tehnoloģiju CNC darbgaldiem, kas ražoti Vācijā vai Japānā.
Par invertora motoriem
Kopumā šāda veida dzinējs ir ļoti līdzīgs kolektoram, un tam ir tādas pašas priekšrocības un trūkumi. Vienīgā atšķirība ir palaišanas mehānismā: tas ir vairākideāls, kas ļauj viegli mainīt ātrumu un regulēt rotora ātrumu. Tādējādi šāda veida līdzstrāvas motoru veiktspēja pēc vairākiem parametriem ir pārāka par kolektoru motoriem.
Bet, ja kaut kas ir ieguvums, tad dažās lietās būs zaudējumi. Tas ir nenoliedzams Visuma likums. Tātad šajā gadījumā: pārākumu nodrošina diezgan sarežģīta un kaprīza tehnika, kas bieži vien neizdodas. Pēc pieredzējušu speciālistu domām, invertora tipa līdzstrāvas motoru remonts ir diezgan sarežģīts. Dažreiz pat pieredzējuši elektriķi nevar diagnosticēt sistēmas darbības traucējumus.
Vienpolāru līdzstrāvas motoru funkcijas
Darbības princips paliek nemainīgs un ir balstīts uz vadītāja magnētisko lauku mijiedarbību ar strāvu un magnētu. Bet strāvas vadītājs nav vads, bet disks, kas rotē pa asi. Strāva tiek piegādāta šādi: viens kontakts aizveras uz metāla ass, bet otrs caur tā saukto suku savieno metāla apļa malu. Šādam dzinējam, kā redzams, ir diezgan sarežģīts dizains, un tāpēc tas bieži neizdodas. Galvenais pielietojums ir zinātniskie pētījumi elektrības un elektriskās piedziņas fizikas jomā.
Universālo komutatoru motoru funkcijas
Principā šāda veida dzinēji nenes neko jaunu. Bet tam ir ļoti svarīga īpašība – spēja strādāt kāno līdzstrāvas tīkla un no maiņstrāvas tīkla. Dažkārt šis īpašums var ievērojami ietaupīt naudu iekārtu remontam un modernizācijai.
Maiņstrāvas frekvence ir stingri regulēta un ir 50 Hz. Citiem vārdiem sakot, negatīvi lādētu daļiņu kustības virziens mainās 50 reizes sekundē. Daži maldīgi uzskata, ka arī elektromotora rotoram jāmaina griešanās virziens (pulksteņrādītāja virzienā - pretēji pulksteņrādītāja virzienam) 50 reizes sekundē. Ja tā būtu taisnība, tad jebkurš noderīgs maiņstrāvas elektromotoru pielietojums nebūtu apšaubāms. Kas notiek patiesībā: armatūras un statora tinumu strāva tiek sinhronizēta, izmantojot vienkāršākos kondensatorus. Un tāpēc, mainoties strāvas virzienam uz armatūras rāmja, mainās arī tā virziens uz statoru. Tādējādi rotors pastāvīgi griežas vienā virzienā.
Diemžēl šāda veida līdzstrāvas motoru efektivitāte ir daudz zemāka nekā invertoru un vienpolāru motoru efektivitāte. Tāpēc tā izmantošana ir ierobežota ar diezgan šaurām jomām – kur par katru cenu nepieciešams iegūt maksimālu uzticamību, neņemot vērā ekspluatācijas izmaksas (piemēram, militārā inženierija).
Nobeiguma noteikumi
Tehnoloģijas nestāv uz vietas, un mūsdienās daudzas zinātniskās skolas visā pasaulē sacenšas savā starpā un cenšas radīt lētu un ekonomisku dzinēju ar augstu efektivitāti un veiktspēju. Līdzstrāvas elektromotoru jauda gadu no gada pieaug, savukārt toenerģijas patēriņš.
Zinātnieki prognozē, ka nākotni noteiks elektroiekārtas, un naftas laikmets drīz beigsies.
