Οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται συνεχώς για να τροφοδοτούν συσκευές που χρησιμοποιούμε καθημερινά. Είτε πρόκειται για ένα μοτέρ ανεμιστήρα που σας κρατά δροσερό σε μια καυτή μέρα, τον κινητήρα του ανεμιστήρα φύλλων σας ή ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, χωρίς ηλεκτρικούς κινητήρες, ο κόσμος θα ήταν ένα πολύ διαφορετικό μέρος.
Τι είναι ένας ηλεκτρικός κινητήρας;
Ένας ηλεκτρικός κινητήρας είναι μια μηχανή που μπορεί να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια (συγκεκριμένα κινητική ενέργεια ή ενέργεια κίνησης). Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως αξιοποιώντας τη σχέση ηλεκτρικής ενέργειας και μαγνητισμού.
Οι ηλεκτρικοί κινητήρες μπορεί να τροφοδοτούνται από ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος, όπως αυτό που ρέει από την πρίζα τοίχου ή ρεύμα DC, όπως αυτό που παρέχεται από μια μπαταρία.
Πώς λειτουργεί ένας ηλεκτροκινητήρας;
Η βασική αρχή πίσω από έναν ηλεκτροκινητήρα είναι ότι πρέπει να υπάρχει ένα πηνίο σύρματος που είναι ελεύθερο να περιστρέφεται παρουσία ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.
Καθώς το ρεύμα διέρχεται μέσω του πηνίου σύρματος, η αλληλεπίδραση μεταξύ του ρεύματος και του πεδίου παράγει μια ροπή, προκαλώντας την περιστροφή του πηνίου. Αυτή η περιστροφή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περιστροφή των ελαστικών σε ένα αυτοκίνητο παιχνιδιών, για παράδειγμα, ή μπορεί να οδηγήσει έναν στροφαλοφόρο άξονα και να μετατρέψει την περιστροφική κίνηση σε γραμμική κίνηση.
Πώς να φτιάξετε τον δικό σας ηλεκτρικό κινητήρα
Μερικές φορές ο καλύτερος τρόπος για να καταλάβετε πώς λειτουργεί ένας κινητήρας είναι να φτιάξετε έναν εαυτό σας. Μπορείτε να δημιουργήσετε έναν απλό κινητήρα DC με κοινά είδη οικιακής χρήσης.
Στέλνοντας ρεύμα μέσω ενός προσεκτικά διαμορφωμένου σύρματος παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα τμήμα του κυκλώματός μας που θα περιστραφεί, επιτρέποντάς μας να μετατρέψουμε την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια.
Πράγματα που θα χρειαστείτε
- Σύρμα περιέλιξης
- Μπαταρία D-1,5 μπαταρίας
- 2 συνδετήρες
- Μόνιμος μαγνήτης
- Ταινία-κασέτα
Φτιάξτε ένα πηνίο σύρματος τυλίγοντας το τύλιγμα γύρω από μια μπαταρία 1,5-V κυψελίδας "D" πολλές φορές (η μπαταρία χρησιμεύει ως μορφή. αφαιρέστε το πηνίο όταν τελειώσετε. Αφήστε περίπου 2 έως 3 cm να κολλήσει και από τα δύο άκρα. Βεβαιωθείτε ότι όλες οι στροφές τυλίγονται στην ίδια κατεύθυνση.
Το πηνίο πρέπει να είναι καλά ισορροπημένο σε αυτά τα άκρα, ώστε να περιστρέφεται εύκολα όταν τοποθετείται στη βάση που παρέχεται από τα συνδετήρες. Πρέπει να συγκρατήσετε το πηνίο μαζί περιστρέφοντας τον τελευταίο βρόχο γύρω από τα πηνία για να τυλίξετε τα πηνία μεταξύ τους.
Όταν το πηνίο είναι στη θέση που φαίνεται, ένα από τα άκρα του καλωδίου, το οποίο θα έρθει σε επαφή με τα συνδετήρες, θα πρέπει να αφαιρεθεί η μόνωση μόνο στην κάτω πλευρά. Το άλλο άκρο πρέπει να απογυμνωθεί πλήρως όταν έρχεται σε επαφή με το συνδετήρα. Με αυτόν τον τρόπο, το ρεύμα θα ρέει μέσω του πηνίου περίπου το ήμισυ του χρόνου.
Λυγίστε δύο συνδετήρες έτσι ώστε να συγκρατούν το πηνίο όπως φαίνεται και να τα ασφαλίσετε στη θέση τους.
Τοποθετήστε έναν μόνιμο μαγνήτη κάτω από το πηνίο σας.
Συνδέστε ένα τροφοδοτικό - όπως η μπαταρία D που χρησιμοποιήσατε ως φόρμα - στα συνδετήρες.
Προσπαθήστε να ξεκινήσετε τον κινητήρα σας δίνοντας στο πηνίο μια μικρή περιστροφή. Δοκιμάστε, προσαρμόστε, δοκιμάστε, προσαρμόστε, δοκιμάστε και προσαρμόστε ξανά μέχρι να πετύχετε!
Πώς λειτουργεί?
Εάν το πηνίο είναι προσανατολισμένο όπως φαίνεται στην εικόνα, το ρεύμα περνά δεξιόστροφα μέσα από το πηνίο και το μαγνητικό πεδίο δείχνει προς τα πάνω, τότε η κορυφή του το πηνίο θα αισθανθεί μια δύναμη να δείχνει (σε σχέση με την οθόνη του υπολογιστή που το βλέπετε) και το κάτω μέρος του πηνίου θα νιώσει μια δύναμη που δείχνει σε. Αυτό θα προκαλέσει την περιστροφή του πηνίου.
Μόλις το πηνίο σας περιστραφεί 180 μοίρες, τότε το ρεύμα θα ρέει αριστερόστροφα. Ωστόσο, αφού έχετε αφαιρέσει το μισό καλώδιο, δεν θα ρέει ρεύμα κατά τη διάρκεια της αντιστροφής του πηνίου. Αυτό είναι έτσι ώστε να μην καταλήξουμε με δύναμη προς την αντίθετη κατεύθυνση κάνοντας το πηνίο αντίστροφο αντί να συνεχίσει.
Υπό την προϋπόθεση ότι η αρχική ώθηση λόγω του πεδίου είναι αρκετά ισχυρή, το πηνίο θα γυρίσει πέρα από 180 μοίρες, κάνοντας ένα πλήρες περιστροφή, προς το τέλος της οποίας το ρεύμα ρέει με τέτοιο τρόπο ώστε μια δύναμη να την αναγκάζει να κάνει άλλη περιστροφή ακριβώς πριν. Εάν όλα είναι αρκετά καλά ισορροπημένα, ο κινητήρας πρέπει να περιστρέφεται αρκετά γρήγορα και για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Εμπορικά ανταλλακτικά κινητήρα
Τα συστατικά ενός εμπορικού κινητήρα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
ο οπλισμός είναι το ηλεκτροπαραγωγικό μέρος του κινητήρα. Μπορεί να βρίσκεται στο στροφείο (περιστρεφόμενο μέρος) ή το στάτωρ (σταθερό μέρος.) Ο οπλισμός αποτελείται από πηνία σύρματος που αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο όταν διέρχεται το ρεύμα. Στον σπιτικό μας κινητήρα, το πηνίο ήταν ο οπλισμός και ο ρότορας και οι συνδετήρες χρησίμευαν ως στάτορας.
Βούρτσες αφήστε το ρεύμα να μεταφερθεί στον ρότορα καθώς περιστρέφεται. Στον σπιτικό μας κινητήρα, το σημείο επαφής των συνδετήρων και του χαλκού σύρματος εξυπηρετούσε τον ίδιο σκοπό.
ΕΝΑ μετατροπέας ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμεύει για την περιοδική αντιστροφή της τρέχουσας κατεύθυνσης. Αυτό απαιτείται σε κινητήρα συνεχούς ρεύματος ή DC, αλλά όχι συνήθως σε εναλλασσόμενο ρεύμα ή κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος, επειδή το ρεύμα αλλάζει ήδη κατεύθυνση. Επιτύχαμε ρεύμα ενεργοποίησης / απενεργοποίησης στον κινητήρα κρατώντας μονωμένο τη μία πλευρά του καλωδίου επαφής.
ΕΝΑ μαγνήτης πεδίου ή πηνία πεδίου (ηλεκτρομαγνήτες) δημιουργούν το απαραίτητο μαγνητικό πεδίο.
ο άξονας είναι ένα κομμάτι σε σχήμα ράβδου ευθυγραμμισμένο με τον άξονα περιστροφής του ρότορα έτσι ώστε να περιστρέφεται μαζί με τον ρότορα. Τα οριζόντια άκρα του σπιτικού μας κινητήρα ήταν ουσιαστικά ένας άξονας.
ΕΝΑ μικρός οδοντωτός τροχός είναι ένα μικρό γρανάζι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά της κίνησης του κινητήρα σε άλλο αντικείμενο ή μέρος ενός μηχανήματος.
Τύποι ηλεκτρικών κινητήρων
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι ηλεκτρικών κινητήρων. Αν και πρώτα υποδιαιρείται ως κινητήρες AC ή DC, πολλές άλλες παραλλαγές είναι επίσης δυνατές. Είτε πρόκειται για βαρέως τύπου, ελαφρού τύπου, δασμού ή γενικού σκοπού, μερικοί από τους πολλούς τύπους αναφέρονται εδώ.
ΕΝΑ μονοφασικός κινητήρας λειτουργεί εκτός ενός τροφοδοτικού AC.
ΕΝΑ τριφασικός κινητήρας είναι ένα που κινείται από τρία εναλλασσόμενα ρεύματα της ίδιας συχνότητας εκτός φάσης μεταξύ τους.
ΕΝΑ σύγχρονος κινητήρας είναι ένας κινητήρας του οποίου η περίοδος περιστροφής είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της συχνότητας AC.
Σε ένα ασύγχρονη ή επαγωγικός κινητήρας, το ηλεκτρικό ρεύμα στον ρότορα παράγεται από ηλεκτρομαγνητική επαγωγή από το μαγνητικό πεδίο της περιέλιξης του στάτη.
ΕΝΑ βηματικό κινητήρα είναι ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες που σπάει μια πλήρη περιστροφή σε ίσα βήματα. Ο κινητήρας μπορεί να κινηθεί και να κρατήσει σε οποιοδήποτε από τα βήματα.
Ηλεκτρικές γεννήτριες
Οι ηλεκτρικές γεννήτριες είναι το αντίστροφο των ηλεκτρικών κινητήρων. Παίρνουν μηχανική ενέργεια και τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό μπορεί να γίνει με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.
Για παράδειγμα, η αιολική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη στροφή των πτερυγίων ανεμιστήρα μιας γεννήτριας ανέμου, τα οποία περιστρέφουν έναν ρότορα μέσα στη γεννήτρια και η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή που προκύπτει προκαλεί τη ροή του ρεύματος. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο, με το νερό που πέφτει να γυρίζει τις λεπίδες σε μια τουρμπίνα.
