È difficile persino immaginare come sarebbe il mondo moderno senza un motore elettrico DC (e uno AC, tra l' altro). Qualsiasi meccanismo moderno è dotato di un motore elettrico. Può avere uno scopo diverso, ma la sua presenza, di regola, è fondamentale. Si prevede che nel prossimo futuro il ruolo del motore a corrente continua non potrà che aumentare. Già oggi, senza questo dispositivo, è impossibile creare apparecchiature di alta qualità, affidabili e silenziose con velocità regolabili. Ma questa è la chiave per lo sviluppo dello stato e dell'economia mondiale nel suo insieme.
Dalla storia del motore a corrente continua
Durante gli esperimenti nel 1821, il famoso scienziato Faraday scoprì accidentalmente che un magnete e un conduttore di corrente in qualche modoinfluenzarsi a vicenda. In particolare, un magnete permanente può provocare la rotazione di un semplice circuito conduttore portato da corrente. I risultati di questi esperimenti sono stati utilizzati per ulteriori ricerche.
Già nel 1833 Thomas Davenport creò un modellino di treno con un piccolo motore elettrico in grado di guidarlo.
Nel 1838 fu costruita una nave passeggeri per 12 posti nell'impero russo. Quando questa barca a motore elettrico è andata controcorrente lungo la Neva, ha provocato una vera e propria esplosione di emozioni nella comunità scientifica e non solo.
Come funziona un motore a corrente continua
Se guardi il lavoro in modo superficiale, come fanno a scuola durante le lezioni di fisica, può sembrare che non ci sia assolutamente nulla di complicato in esso. Ma questo è solo a prima vista. Infatti, la scienza dell'azionamento elettrico è una delle più difficili nel ciclo delle discipline tecniche. Durante il funzionamento di un motore elettrico si verificano una serie di complessi fenomeni fisici, che non sono ancora del tutto compresi e sono spiegati da varie ipotesi e ipotesi.
In una versione semplificata, il principio di funzionamento di un motore a corrente continua può essere descritto come segue. Un conduttore viene posto in un campo magnetico e viene attraversato da una corrente. Inoltre, se consideriamo la sezione trasversale del conduttore, attorno ad esso sorgono cerchi concentrici di forza invisibile: questo è un campo magnetico formato dalla corrente nel conduttore. Come già accennato, questi campi magnetici sono invisibili all'occhio umano. Ma c'è un semplice trucco che ti permette di osservarli visivamente. Il modo più semplice è praticare un foro nel compensato o uno spesso foglio di carta attraverso il quale far passare il filo. In questo caso, la superficie in prossimità del foro deve essere ricoperta da un sottile strato di polvere metallica magnetica finemente dispersa (si può utilizzare anche segatura fine). Quando il circuito è chiuso, le particelle di polvere si allineano a formare il campo magnetico.
In re altà, il principio di funzionamento di un motore a corrente continua si basa su questo fenomeno. Un conduttore di corrente è posto tra i poli nord e sud di un magnete a forma di U. Come risultato dell'interazione dei campi magnetici, il filo viene messo in movimento. La direzione del movimento dipende da come sono posizionati i pali e può essere determinata con precisione dalla cosiddetta regola del succhiello.
Forza Ampere
La forza che spinge un conduttore che trasporta corrente fuori dal campo di un magnete permanente è chiamata forza Ampère, dal nome di un famoso ricercatore di fenomeni elettrici. Anche l'unità di corrente prende il nome da lui.
Per trovare il valore numerico di questa forza, devi moltiplicare la corrente nel conduttore in esame per la sua lunghezza e per l'ampiezza (vettore) del campo magnetico.
La formula sarà simile a questa:
F=IBL.
Modello del motore più semplice
In parole povere, per costruire il motore più primitivo, è necessario posizionare un telaio di materiale conduttivo (filo) in un campo magnetico e alimentarlo con la corrente. Il telaio ruoterà di una certa angolazione e si fermerà. Questa posizione sul gergo degli specialisti inl'area dell'azionamento elettrico è chiamata "morta". Il motivo dello stop è che i campi magnetici sono, per così dire, compensati. In altre parole, questo accade quando la forza risultante diventa uguale a zero. Pertanto, il dispositivo del motore CC include non uno, ma diversi frame. In una vera unità industriale (installata sull'apparecchiatura), possono esserci moltissimi circuiti elementari di questo tipo. Quindi, quando le forze sono bilanciate su un telaio, l' altro telaio lo fa uscire dallo "stupore".
Caratteristiche del dispositivo di motori di diversa potenza
Anche una persona lontana dal mondo dell'ingegneria elettrica si renderà immediatamente conto che senza una fonte di campo magnetico costante, semplicemente non c'è dubbio su nessun motore elettrico a corrente continua. Come tali sorgenti vengono utilizzati vari dispositivi.
Per i motori CC a bassa potenza (12 volt o meno), un magnete permanente è la soluzione ideale. Ma questa opzione non è adatta per unità di grande potenza e dimensioni: i magneti saranno troppo costosi e pesanti. Pertanto, per i motori a corrente continua di 220 V o più, è più opportuno utilizzare un induttore (avvolgimento di campo). Affinché l'induttore diventi una sorgente di campo magnetico, deve essere alimentato.
Design motore elettrico
In generale, la progettazione di qualsiasi motore CC include i seguenti elementi:collettore, statore e armatura.
L'indotto funge da elemento portante per l'avvolgimento del motore. È costituito da sottili lamiere di acciaio per usi elettrici con scanalature perimetrali per la posa del filo. Il materiale di fabbricazione in questo caso è molto importante. Come già accennato, viene utilizzato l'acciaio elettrico. Questo tipo di materiale è caratterizzato da una grande granulometria e morbidezza coltivate artificialmente (come risultato del basso contenuto di carbonio). Inoltre, l'intera struttura è costituita da lastre sottili e coibentate. Tutto ciò non consente il verificarsi di correnti parassite e impedisce il surriscaldamento dell'indotto.
Lo statore è una parte fissa. Svolge il ruolo del magnete discusso in precedenza. Per dimostrare il funzionamento di un modello di motore in laboratorio, per chiarezza e una migliore comprensione dei principi, viene utilizzato uno statore a due poli. I veri motori industriali utilizzano dispositivi con un gran numero di coppie di poli.
Un collettore è un interruttore (connettore) che fornisce corrente ai circuiti di avvolgimento di un motore CC. La sua presenza è strettamente necessaria. Senza di essa, il motore funzionerà a scatti, non in modo regolare.
Varietà di motori
Non esiste un motore universale che possa essere utilizzato in tutti i rami della tecnologia e dell'economia nazionale e soddisfare tutti i requisiti nel campo della sicurezza e dell'affidabilità durante il funzionamento.
Dovresti fare molta attenzione quando scegli un motore a corrente continua. La riparazione è estremamente difficile e costosauna procedura che può essere eseguita solo da personale adeguatamente qualificato. E se il design e le capacità del motore non soddisfano i requisiti, verranno spesi fondi significativi per le riparazioni.
Ci sono quattro tipi principali di motori CC: motori CC con spazzole, inverter, unipolari e universali con spazzole. Ognuno di questi tipi ha le sue qualità positive e negative. Dovrebbe essere fornita una breve descrizione di ciascuno di essi.
Motori CC con spazzole
Ci sono un gran numero di modi possibili per implementare motori di questo tipo: un collettore e un numero pari di circuiti, diversi collettori e diversi circuiti di avvolgimento, tre collettori e lo stesso numero di giri di avvolgimento, quattro collettori e due giri tortuosi, quattro collettori e quattro circuiti sull'ancora, e infine - otto collettori con un'ancora senza telaio.
Questo tipo di motore è caratterizzato da una relativa semplicità di esecuzione e produzione. È per questo motivo che è diventato noto come motore universale, la cui applicazione è molto ampia: dalle macchinine radiocomandate alle macchine utensili CNC molto complesse e high-tech prodotte in Germania o in Giappone.
Informazioni sui motori inverter
In generale, questo tipo di motore è molto simile al collettore e presenta gli stessi vantaggi e svantaggi. L'unica differenza è nel meccanismo di lancio: è di piùperfetto, che consente di invertire facilmente la velocità e regolare la velocità del rotore. Pertanto, le prestazioni di questo tipo di motore a corrente continua sono superiori ai motori a collettore in un certo numero di parametri.
Ma se c'è un guadagno in qualcosa, allora in alcune cose ci sarà una perdita. Questa è una legge innegabile dell'universo. Quindi in questo caso: la superiorità è fornita da una tecnica piuttosto complessa e capricciosa, che spesso fallisce. Secondo specialisti esperti, la riparazione di motori CC di tipo inverter è piuttosto difficile da eseguire. A volte anche elettricisti esperti non sono in grado di diagnosticare un malfunzionamento nel sistema.
Caratteristiche dei motori CC unipolari
Il principio di funzionamento rimane lo stesso e si basa sull'interazione dei campi magnetici del conduttore con la corrente e il magnete. Ma il conduttore di corrente non è un filo, ma un disco rotante su un asse. La corrente viene fornita come segue: un contatto si chiude sull'asse del metallo e l' altro, attraverso la cosiddetta spazzola, collega il bordo del cerchio metallico. Un tale motore, come si può vedere, ha un design piuttosto complesso e quindi spesso si guasta. L'applicazione principale è la ricerca scientifica nel campo della fisica dell'elettricità e dell'azionamento elettrico.
Caratteristiche dei motori a collettore universale
In linea di principio, questo tipo di motore non comporta nulla di nuovo. Ma ha una caratteristica molto importante: la capacità di lavorare comedalla rete CC e dalla rete CA. A volte questa proprietà può far risparmiare denaro significativo sulla riparazione e l'ammodernamento delle apparecchiature.
La frequenza della corrente alternata è rigorosamente regolata ed è di 50 Hertz. In altre parole, la direzione del movimento delle particelle caricate negativamente cambia 50 volte al secondo. Alcuni credono erroneamente che il rotore di un motore elettrico debba cambiare anche il senso di rotazione (orario - antiorario) 50 volte al secondo. Se ciò fosse vero, qualsiasi applicazione utile dei motori elettrici CA sarebbe fuori questione. Cosa succede in re altà: la corrente degli avvolgimenti dell'indotto e dello statore viene sincronizzata utilizzando i condensatori più semplici. E quindi, quando cambia la direzione della corrente sul telaio dell'indotto, cambia anche la sua direzione sullo statore. Pertanto, il rotore ruota costantemente in una direzione.
Purtroppo, l'efficienza di questo tipo di motore a corrente continua è molto inferiore a quella degli inverter e dei motori unipolari. Pertanto, il suo utilizzo è limitato ad aree piuttosto ristrette - dove è necessario ottenere la massima affidabilità ad ogni costo, senza tener conto dei costi operativi (ad esempio, ingegneria militare).
Clausole finali
La tecnologia non si ferma e oggi molte scuole scientifiche in tutto il mondo competono tra loro e si sforzano di creare un motore economico ed economico con alta efficienza e prestazioni. La potenza dei motori elettrici a corrente continua cresce di anno in anno, mentre la loroconsumo energetico.
Gli scienziati prevedono che il futuro sarà determinato dalle apparecchiature elettriche e che l'era del petrolio finirà molto presto.
