Тұрақты ток электр қозғалтқышы (айтпақшы, айнымалы ток) болмаса, қазіргі әлемнің қандай болатынын елестету қиын. Кез келген заманауи механизм электр қозғалтқышымен жабдықталған. Ол басқа мақсатқа ие болуы мүмкін, бірақ оның болуы, әдетте, өте маңызды. Жақын арада тұрақты ток қозғалтқышының рөлі тек артады деп күтілуде. Қазірдің өзінде бұл құрылғысыз жылдамдықтары реттелетін жоғары сапалы, сенімді және дыбыссыз жабдықты жасау мүмкін емес. Бірақ бұл мемлекеттің және жалпы әлемдік экономиканың дамуының кілті.
Тұрақты ток қозғалтқышының тарихынан
1821 жылы тәжірибелер кезінде атақты ғалым Фарадей кездейсоқ магнит пен ток өткізгіштің қандай да бір жолмен болатынын анықтады.бір-біріне әсер етеді. Атап айтқанда, тұрақты магнит қарапайым ток өткізгіш тізбегінің айналуын тудыруы мүмкін. Бұл эксперименттердің нәтижелері қосымша зерттеулер үшін пайдаланылды.
1833 жылы Томас Дэвенпорт оны жүргізе алатын шағын электр қозғалтқышы бар модельдік пойыз жасады.
1838 жылы Ресей империясында 12 орындық жолаушылар қайығы жасалды. Бұл электр қозғалтқышы бар қайық Нева бойындағы ағысқа қарсы шыққанда, ол ғылыми қоғамдастықтың шынайы эмоциясын тудырды, тек қана емес.
Тұрақты ток қозғалтқышы қалай жұмыс істейді
Егер сіз мектептегі физика сабақтарындағыдай жұмысқа үстірт қарасаңыз, онда күрделі ештеңе жоқ сияқты көрінуі мүмкін. Бірақ бұл бірінші көзқараста ғана. Шындығында, электр жетегі туралы ғылым техникалық пәндер цикліндегі ең қиын ғылымдардың бірі болып табылады. Электр қозғалтқышының жұмысы кезінде әлі де толық түсінілмеген және әртүрлі гипотезалар мен болжамдармен түсіндірілетін бірқатар күрделі физикалық құбылыстар орын алады.
Жеңілдетілген нұсқада тұрақты ток қозғалтқышының жұмыс принципін келесідей сипаттауға болады. Өткізгіш магнит өрісіне қойылып, ол арқылы ток өтеді. Сонымен қатар, егер өткізгіштің көлденең қимасын қарастыратын болсақ, онда оның айналасында көрінбейтін күш концентрлік шеңберлер пайда болады - бұл өткізгіштегі ток арқылы пайда болатын магнит өрісі. Жоғарыда айтылғандай, бұл магнит өрістері адам көзіне көрінбейді. Бірақ оларды визуалды түрде байқауға мүмкіндік беретін қарапайым трюк бар. Ең оңай жолы - сым өткізетін фанер немесе қалың қағаз парағында тесік жасау. Бұл жағдайда саңылау жанындағы бет жұқа дисперсті магнитті металл ұнтағының жұқа қабатымен жабылуы керек (жұқа үгінділерді де қолдануға болады). Тізбек жабылған кезде, ұнтақ бөлшектері магнит өрісінің пішініне сәйкес келеді.
Шындығында, тұрақты ток қозғалтқышының жұмыс істеу принципі осы құбылысқа негізделген. U-тәрізді магниттің солтүстік және оңтүстік полюстерінің арасына тогы бар өткізгіш орналастырылған. Магниттік өрістердің өзара әрекеттесуінің нәтижесінде сым қозғалысқа келтіріледі. Қозғалыс бағыты тіректердің қалай орналасқанына байланысты және оны гимлет ережесі деп аталатын ережемен дәл анықтауға болады.
Ампер күші
Тогы бар өткізгішті тұрақты магнит өрісінен итеріп шығаратын күш Ампер күші деп аталады - электр құбылыстарын атақты зерттеушінің атымен. Ток бірлігі де оның атымен аталған.
Бұл күштің сандық мәнін табу үшін қарастырылып отырған өткізгіштегі токты оның ұзындығына және магнит өрісінің шамасына (векторына) көбейту керек.
Формула келесідей болады:
F=IBL.
Ең қарапайым қозғалтқыш үлгісі
Дөрекі айтқанда, ең қарапайым қозғалтқышты құрастыру үшін магнит өрісіне өткізгіш материалдан (сым) қаңқаны орналастырып, оны токпен қуаттандыру керек. Рамка белгілі бір бұрышқа айналады және тоқтайды. Бұл позиция мамандардың сленгіндеэлектр жетегінің ауданы «өлі» деп аталады. Тоқтаудың себебі - магнит өрістері, былайша айтқанда, өтеледі. Басқаша айтқанда, бұл нәтижелік күш нөлге тең болғанда орын алады. Сондықтан тұрақты ток қозғалтқышының құрылғысы бір емес, бірнеше жақтауды қамтиды. Нақты өнеркәсіптік блокта (жабдықта орнатылған) мұндай элементар схемалар өте көп болуы мүмкін. Осылайша, бір кадрда күштер теңестірілгенде, екінші жақтау оны "ступордан" шығарады.
Әртүрлі қуаттағы қозғалтқыштар құрылғысының ерекшеліктері
Тіпті электротехника әлемінен алыс адам тұрақты магнит өрісінің көзі болмаса, тұрақты ток электр қозғалтқышы туралы сөз болмайтынын бірден түсінеді. Мұндай көздер ретінде әртүрлі құрылғылар пайдаланылады.
Төмен қуатты тұрақты ток қозғалтқыштары үшін (12 вольт немесе одан аз) тұрақты магнит тамаша шешім болып табылады. Бірақ бұл опция үлкен қуат пен өлшем бірліктері үшін жарамсыз: магниттер тым қымбат және ауыр болады. Сондықтан 220 В және одан жоғары тұрақты ток қозғалтқыштары үшін индукторды (өріс орамасын) пайдалану орынды. Индуктор магнит өрісінің көзіне айналуы үшін оны қуаттандыру керек.
Электр қозғалтқышының дизайны
Жалпы кез келген тұрақты ток қозғалтқышының конструкциясы келесі элементтерді қамтиды:коллектор, статор және арматура.
Арматура қозғалтқыш орамасының тірек элементі ретінде қызмет етеді. Ол сым төсеу үшін периметрі бойынша ойықтары бар электрлік мақсаттағы болаттың жұқа парақтарынан тұрады. Бұл жағдайда өндіріс материалы өте маңызды. Жоғарыда айтылғандай, электрлік болат қолданылады. Материалдың бұл сорты жасанды түрде өсірілген дәннің үлкен мөлшерімен және жұмсақтығымен сипатталады (көміртегінің төмендігі нәтижесінде). Сонымен қатар, бүкіл құрылым жұқа, оқшауланған парақтардан тұрады. Мұның бәрі паразиттік токтардың пайда болуына жол бермейді және арматураның қызып кетуіне жол бермейді.
Статор - қозғалмайтын бөлік. Ол бұрын талқыланған магнит рөлін орындайды. Модельдік қозғалтқыштың жұмысын зертханада көрсету үшін, түсінікті болу және принциптерді жақсы түсіну үшін екі полюсі бар статор қолданылады. Нағыз өнеркәсіптік қозғалтқыштар полюстер жұптарының саны көп құрылғыларды пайдаланады.
Коллектор – тұрақты ток қозғалтқышының орама тізбектеріне ток беретін қосқыш (қосқыш). Оның болуы өте қажет. Онсыз қозғалтқыш біркелкі емес, дірілдеп жұмыс істейді.
Қозғалтқыштардың түрлері
Технологияның және халық шаруашылығының барлық салаларында қолданылатын және пайдалану кезінде қауіпсіздік пен сенімділік саласындағы барлық талаптарға жауап беретін бірде-бір әмбебап қозғалтқыш жоқ.
Тұрақты ток қозғалтқышын таңдағанда өте абай болу керек. Жөндеу өте қиын және қымбаттиісті біліктілігі бар қызметкерлер ғана орындай алатын процедура. Ал қозғалтқыштың конструкциясы мен мүмкіндіктері талапқа сай болмаса, жөндеуге қомақты қаржы жұмсалады.
Тұрақты ток қозғалтқыштарының төрт негізгі түрі бар: щеткалы, инверторлы, бірполярлы және әмбебап щеткалы тұрақты ток қозғалтқыштары. Бұл түрлердің әрқайсысының өзіндік жағымды және жағымсыз қасиеттері бар. Олардың әрқайсысына қысқаша сипаттама беру керек.
тұрақты ток щеткалы қозғалтқыштар
Осы түрдегі қозғалтқыштарды іске асырудың көптеген мүмкін жолдары бар: бір коллектор және жұп тізбектер, бірнеше коллекторлар және бірнеше орама тізбектері, үш коллектор және бірдей орам айналымдары, төрт коллектор және екі орама бұрылыстары, якорьдегі төрт коллектор және төрт контур, ең соңында - рамасыз анкері бар сегіз коллектор.
Қозғалтқыштың бұл түрі орындау мен өндірудің салыстырмалы қарапайымдылығымен сипатталады. Дәл осы себепті ол әмбебап қозғалтқыш ретінде танымал болды, оның қолданылуы өте кең: ойыншық радиомен басқарылатын автомобильдерден бастап Германияда немесе Жапонияда жасалған өте күрделі және жоғары технологиялық CNC станоктарына дейін.
Инвертор қозғалтқыштары туралы
Жалпы алғанда, қозғалтқыштың бұл түрі коллекторға өте ұқсас және бірдей артықшылықтар мен кемшіліктерге ие. Жалғыз айырмашылық ұшыру механизмінде: бұл көбіректамаша, бұл жылдамдықты оңай өзгертуге және ротордың жылдамдығын реттеуге мүмкіндік береді. Осылайша, тұрақты ток қозғалтқышының бұл түрінің өнімділігі бірқатар параметрлер бойынша коллекторлық қозғалтқыштардан жоғары.
Бірақ бірдеңеде пайда болса, кейбір нәрселерде шығын болады. Бұл ғаламның даусыз заңы. Сонымен, бұл жағдайда: артықшылық көбінесе сәтсіздікке ұшырайтын өте күрделі және капризді әдіспен қамтамасыз етіледі. Тәжірибелі мамандардың айтуынша, инвертор түріндегі тұрақты ток қозғалтқыштарын жөндеу өте қиын. Кейде тіпті тәжірибелі электриктер жүйедегі ақауды анықтай алмайды.
Бір полярлы тұрақты ток қозғалтқыштарының ерекшеліктері
Жұмыс принципі өзгеріссіз қалады және өткізгіштің магнит өрістерінің токпен және магнитпен әрекеттесуіне негізделген. Бірақ ток өткізгіш сым емес, осьте айналатын диск. Ток келесідей беріледі: бір контакт металл осіне жабылады, ал екіншісі щетка деп аталатын металл шеңбердің шетін қосады. Көріп отырғаныңыздай, мұндай қозғалтқыш өте күрделі дизайнға ие, сондықтан жиі істен шығады. Негізгі қолданбасы – электр тогы және электр жетегі физикасы саласындағы ғылыми зерттеулер.
Әмбебап коммутаторлы қозғалтқыштардың ерекшеліктері
Негізінде қозғалтқыштың бұл түрі жаңа ештеңе әкелмейді. Бірақ оның өте маңызды қасиеті бар - жұмыс істеу қабілетітұрақты ток желісінен және айнымалы ток желісінен. Кейде оның бұл қасиеті жабдықты жөндеуге және жаңартуға айтарлықтай ақша үнемдей алады.
Айнымалы ток жиілігі қатаң реттеледі және 50 Герц. Басқаша айтқанда, теріс зарядталған бөлшектердің қозғалыс бағыты секундына 50 рет өзгереді. Кейбіреулер электр қозғалтқышының роторы да айналу бағытын (сағат тілімен - сағат тіліне қарсы) секундына 50 рет өзгертуі керек деп қателеседі. Егер бұл дұрыс болса, айнымалы ток электр қозғалтқыштарының кез келген пайдалы қолданылуы мүмкін емес еді. Іс жүзінде не болады: якорь мен статор орамаларының тогы қарапайым конденсаторлар арқылы синхрондалады. Сондықтан арматура жақтауындағы ток бағыты өзгерген кезде оның статордағы бағыты да өзгереді. Осылайша, ротор үнемі бір бағытта айналады.
Өкінішке орай, тұрақты ток қозғалтқышының бұл түрінің тиімділігі инвертор және бірполярлы қозғалтқыштарға қарағанда әлдеқайда төмен. Сондықтан оны пайдалану өте тар аумақтармен шектеледі - мұнда операциялық шығындарды есепке алмай (мысалы, әскери инженерия) кез келген шығынмен максималды сенімділікке қол жеткізу қажет.
Қорытынды тармақтар
Технология бір орында тұрмайды, бүгінгі таңда дүние жүзіндегі көптеген ғылыми мектептер бір-бірімен бәсекелесіп, тиімділігі мен өнімділігі жоғары арзан әрі үнемді қозғалтқышты жасауға ұмтылуда. Тұрақты ток электр қозғалтқыштарының қуаты жылдан жылға артып келеді, ал олардыңқуат тұтыну.
Ғалымдардың болжауынша, болашақты электр жабдықтары анықтайды, ал мұнай дәуірі жақын арада аяқталады.
