Виды и перспективные моторы: Обзор технологий и развитие двигателей в будущем. Часть 3
Электродвигателей вокруг становится с каждым годом все больше. Они нашли широкое применение в сфере транспорта. Но теперь они все чаще появляются и в сферах, которые ранее ими не были охвачены.
ВАЖНО! Какой электрический двигатель ни возьми, он предназначен для того, чтобы выполнять механическую работу за счет расхода приложенной к нему электроэнергии. А она обычно преобразуется во вращательное движение.
Хотя в такой технике нередко можно увидеть модели, которые сразу же создают поступательное движение рабочего органа. И потому они получили название линейных двигателей.
Принцип работы электрических моторов
Ведь каждому из нас известно, что в одну сторону магниты притягиваются, а в другую – отталкиваются. Если говорить научным языком, то сказанное нужно понимать так: полюса магнита, которые имеют одинаковые знаки, отталкиваются, а полюса магнита, у которых знаки разные, притягиваются.
ВАЖНО! Подчеркнем, что отталкиваются магниты намного раньше, чем их подведут вплотную друг к другу. В чем дело? В линиях магнитной индукции!
Магнитики можно разместить так, что появится возможность применить данную отталкивающую силу для пользы дела. Один магнитик нужно поместить на ось, а второй поставить рядом. Вектора действующих сил по касательной будут толкать ось, заставлять ее крутиться. В результате получится, что система будет вращаться, если, конечно, правильно подобрать точки расположения магнитов.
Данный эффект очень похож на раскручивание карусели, на которой любит кататься детвора. Когда карусель с ребенком проходит мимо его отца, то он подкручивает систему и тем самым поддерживает вращение. Если отца заменить одним магнитом, а ребенка – вторым, того же полюса, то мы получим модель электрического двигателя.
А как же управлять такой моделью? Ведь, когда магниты постоянные, то нам не под силу регулировать процесс вращения. Вот почему мы обязательно должны прибегнуть к помощи электромагнита. Электромагнит способен создавать поле тогда, когда мы в этом нуждаемся. Нажимаем на кнопку – ток проходит через цепь, магнитное поле формируется.
ВАЖНО! В современных электродвигателях не используются постоянные магниты для создания магнитного поля. Вместо них применяются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать какой-либо мотор, то можно увидеть намотанные витки проволоки, которую специально покрывают изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит. Их также могут называть обмотками возбуждения.
Чем отличаются двигатели переменного и постоянного тока?
В двигателях постоянного тока, у которых мощность невелика, один из магнитов физически существует. Его закрепляют на корпусе оборудования. Второй магнит создается в обмотке якоря после того, как к ней подключается источник постоянного тока. Для этого необходимо специальное устройство под названием коллекторно-щеточный узел.
ВАЖНО! Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, и его закрепляют на валу двигателя. К нему подключаются концы обмотки якоря.
Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока для создания крутящего момента предполагает применение магнитного поля, которое вращается. Его изобретателем является М. Доливо-Добровольский. Этот русский инженер создал в 1890 году первый промышленный образец двигателя. И потому он по праву считается основоположником теории и техники трехфазного переменного тока.
В трех обмотках статора двигателя вращающееся магнитное поле появится сразу же, как только они будут подключены к цепи питающего напряжения. Ротор данного электромотора – в традиционном исполнении без каких-либо обмоток. Он представляет собой кусок железа, который чем-то напоминает колесо для белки.
ВАЖНО! Магнитное поле статора провоцирует к тому, что в роторе возникает ток. Ток этот очень большой, поскольку это конструкция короткозамкнутая. Этот ток становится причиной возникновения собственного поля якоря. Оно «сцепляется» с вихревым магнитным потоком статора, и в результате вал двигателя вращается в том же направлении.
Использование электродвигателей
В настоящее время примерно половина всей энергии, которая потребляется на нашей планете, расходуется на самые разные модели электромоторов. Далее мы перечислим те области, в которых электромоторы нашли применение:
- капитальное строительство: компоненты талей, лебедок, кранов и иного подъемного и транспортного оборудования, лифтовых систем, узлов отопления, вентилирования и кондиционирования воздуха (действуют за счет крыльчатки электрического двигателя);
- промышленность: все оборудование и станки, которые задействованы в процессе производства; вентиляторы, насосы и т.д.;
- бытовая техника: стиральные машины, пылесосы, холодильники, комплектующие для персональных компьютеров, ноутбуков (HDD-диски, кулеры), системы климат-контроля, кондиционеры, миксеры и пр;
- электрический транспорт (поезда, электромобили).
ВАЖНО! Получается, что эксплуатация электромоторов уже получила распространение повсюду. А еще они считаются продуктом экологически чистым. Ведь от них никакого вреда здоровью и никакого загрязнения окружающей среды.
Развитие этих технологий
У них нет щеточно-коллекторного узла. На роторе, то есть на той части, которая вращается, находятся постоянные магниты. На статоре, то есть на той части, которая неподвижна, находятся обмотки электромагнитов. Данный мотор приводится в движение путем изменением тока на разных фазах.
ВАЖНО! Шаговые двигатели – это один из примеров данных моторов. При изменении электрических фаз ротор смещается на строго предопределенный угол – один шаг.
А еще есть моторы такого типа, которые рассчитаны на то, что они будут постоянно вращаться. В частности, двухфазные бесколлекторные моторы нашли применение в компьютерных вентиляторах. Трехфазные моторы применяются в моделировании и в приводе электрических велосипедов и скутеров. Когда скользящие контакты щеток отсутствуют, то предоставляется возможность получить большую мощность и долговечность.
А сверхпроводниковый электродвигатель – это инновационный агрегат, в обмотках которого применяются высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП). Чтобы их охлаждать до критической температуры, в конструкции двигателя есть криогенная техника. Данный электродвигатель имеет мощность и крутящий момент в 2-5 раз больше по сравнению с традиционными аналогами схожих габаритов.
ВАЖНО! Применение ВТСП существенно уменьшает габариты и вес самих электродвигателей. А это важно. Скажем, когда создают различные летательные и подводные аппараты.
У электродвигателя самый большой КПД (более 80 процентов) из всех устройств, которые создавал человек. И неслучайно изобретение конца 19-го столетия считается качественным цивилизационным скачком. Трудно представить современное общество, которое основано на высоких технологиях, если нет электродвигателя.
|
|