Электрычны рухавік

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Электрарухавікі рознай магутнасці (750 Вт, 250 Вт, да CD-плэеру, да цаццы, да дисководу). Батарэйка «Крона» дана для параўнання

Электрычны рухавікэлектрычная машына (электрамеханічны пераўтваральнік), у якой электрычная энергія пераўтворыцца ў механічную.

Прынцып дзеяння[правіць | правіць зыходнік]

У аснову працы любой электрычнай машыны пакладзены прынцып электрамагнітнай індукцыі. Электрычная машына складаецца з нерухомай часткі — статара (для асінхронных і сінхронных машын пераменнага току) або індуктара (для машын пастаяннага току) і рухомай часткі — ротара (для асінхронных і сінхронных машын пераменнага току) або якара (для машын пастаяннага току). У ролі індуктара на маламагутных рухавіках пастаяннага току вельмі часта выкарыстоўваюцца пастаянныя магніты.

Ротар асінхроннага рухавіка можа быць:

  • каротказамкнутым;
  • фазным (з абмоткай) — выкарыстоўваюцца там, дзе неабходна паменшыць пускавы ток і рэгуляваць частату кручэння асінхроннага электрарухавіка. У большасці выпадкаў гэта крановые электрарухавікі серыі МТН, якія паўсюдна выкарыстоўваюцца ў крановых усталёўках.

Якар — гэта рухомая частка машын пастаяннага току (рухавіка або генератара) або жа які працуе па гэтым жа прынцыпе так званага ўніверсальнага рухавіка (які выкарыстоўваецца ў электроинструменте). Па сутнасці універсальны рухавік — гэта той жа рухавік пастаяннага току (ДПТ) з паслядоўным узбуджэннем (абмоткі якара і індуктара ўключаны паслядоўна). Адрозненне толькі ў разліках абмотак. На пастаянным токе адсутнічае рэактыўнае (індуктыўнае або ёмістны) супраціў. Таму любая «балгарка», калі з яе атрымаць электронны блок, будзе цалкам працаздольная і на пастаянным току, але пры меншым напружанні сеткі.

Прынцып дзеяння трохфазнага асінхроннага электрарухавіка[правіць | правіць зыходнік]

Пры ўключэнні ў сетку ў статары ўзнікае кругавое круцячаяся магнітнае поле, якое пранізвае каротказамкнутую абмотку ротара і наводзіць у ёй ток індукцыі. Адсюль, вынікаючы закону Ампера (на праваднік з токам, змешчаны ў магнітнае поле, дзейнічае адхіляюцца сіла), ротар прыходзіць у кручэнне. Частата кручэння ротара залежыць ад частоты сілкавальнага напружання і ад колькасці пар магнітных палюсоў.

Рознасць паміж частатой кручэння магнітнага поля статара і частатой кручэння ротара характарызуецца слізгаценнем. Рухавік называецца асінхронным, так як частата кручэння магнітнага поля статара не супадае з частатой кручэння ротара.

Сінхронны рухавік мае адрозненне ў канструкцыі ротара. Ротар выконваецца небудзь пастаянным магнітам, альбо электрамагнітам, альбо мае ў сабе частку вавёркавай клеткі (для запуску) і пастаянныя магніты або электрамагніты. У сінхронным рухавіку частата кручэння магнітнага поля статара і частата кручэння ротара супадаюць. Для запуску выкарыстоўваюць дапаможныя асінхронныя электрарухавікі, альбо ротар з короткозамкнутой абмоткай.

Асінхронныя рухавікі знайшлі шырокае прымяненне ва ўсіх галінах тэхнікі. Асабліва гэта тычыцца простых па канструкцыі і трывалых трохфазных асінхронных рухавікоў з коратка-замкнёнымі ротарамі, якія надзейней і танней за ўсіх электрычных рухавікоў і практычна не патрабуюць ніякага догляду. Назва «асінхронны» абумоўлена тым, што ў такім рухавіку ротар не круціцца сінхронна з круцячымся полем статара. Там, дзе няма трохфазнай сеткі, асінхронны рухавік можа ўключацца ў сетку аднафазнага току.

Статар асінхроннага электрарухавіка складаецца, як і ў сінхроннай машыне, з пакета, набранага з лакіраваных лістоў электратэхнічнай сталі таўшчынёй 0,5 мм, у пазах якога выкладзеная абмотка. Тры фазы абмоткі статара асінхроннага трохфазнага рухавіка, прасторава разумныя на 120°, злучаюцца адзін з адным зоркай або трохвугольнікам.

На мал.1. паказана прынцыповая схема двухполюснай машыны — па чатыры пазы на кожную фазу. Пры сілкаванні абмотак статара ад трохфазнай сеткі атрымліваецца круцячаяся поле, так як токі ў фазах абмоткі, якія зрушаныя ў прасторы на 120° сябар адносна аднаго ссунутыя па фазе сябар адносна сябра на 120°.

Для сінхроннай частаты кручэння nc поля электрарухавіка з р парамі палюсоў справядліва пры частаце току :

Пры частаце 50 Гц атрымліваем для = 1, 2, 3 (двух-, чатырох - і шасці-полюсных машын) сінхронныя частаты кручэння поля = 3000, 1500 і 1000 аб/мін.

Ротар асінхроннага электрарухавіка таксама складаецца з лістоў электратэхнічнай сталі і можа быць выкананы ў выглядзе короткозамкнутого ротара (з «вавёркавай клеткай») або ротара з кантактнымі кольцамі (фазны ротар).

У каротказамкнутым ротары абмотка складаецца з металічных стрыжняў (медзь, бронза або алюміній), якія размешчаны ў пазах і злучаюцца на канцах замыкальных кольцамі (мал. 1). Злучэнне ажыццяўляецца метадам паяння цвёрдым прыпоем або зваркай. У выпадку прымянення алюмінія або алюмініевых сплаваў стрыжні ротара і закорачивающие кольцы, уключаючы лопасці вентылятара, размешчаныя на іх, вырабляюцца метадам ліцця пад ціскам.

У ротара электрарухавіка з кантактнымі кольцамі ў пазах знаходзіцца трохфазны абмотка, падобная на абмотку статара, уключаную, напрыклад, зоркай; пачатку фаз злучаюцца з трыма кантактнымі кольцамі, замацаванымі на вале. Пры пуску рухавіка і для рэгулявання частоты кручэння можна падключыць да фазам абмоткі ротара рэастаты (праз кантактныя кальца і шчоткі). Пасля паспяховага разбегу кантактныя кольцы замыкаюцца накоротко, так што абмотка ротара рухавіка выконвае тыя ж самыя функцыі, што і ў выпадку короткозамкнутого ротара.

Класіфікацыя электрарухавікоў[правіць | правіць зыходнік]

Паводле прынцыпа ўзнікнення круцячага моманту электрарухавікі можна падзяліць на гістарэзісныя і магнітаэлектрычныя. У рухавікоў першай групы круцячы момант ствараецца з прычыны гістарэзісу пры перамагнічванні ротара. Дадзеныя рухавікі не з'яўляюцца традыцыйнымі і не шырока распаўсюджаныя ў прамысловасці.

Найбольш распаўсюджаныя магнітаэлектрычныя рухавікі, якія па тыпу спажыванай энергіі падзяляецца на дзве вялікія групы — на рухавікі пастаяннага току і рухавікі пераменнага току (таксама існуюць універсальныя рухавікі, якія могуць харчавацца абодвума відамі току).

Рухавікі пастаяннага току[правіць | правіць зыходнік]

Рухавік пастаяннага току ў разрэзе. Справа размешчаны калектар з шчоткамі

Рухавік пастаяннага току — электрычны рухавік, сілкаванне якога ажыццяўляецца пастаянным токам. Дадзеная група рухавікоў у сваю чаргу па наяўнасці шчотачна-калектарнага вузла падзяляецца на:

  1. Калектарныя рухавікі;
  2. Бескалектарныя рухавікі.

Шчотачна-калектарны вузел забяспечвае электрычнае злучэнне ланцугоў круцячагася і нерухомай часткі машыны і з'яўляецца найбольш ненадзейным і складаным у абслугоўванні канструктыўным элементам.[1]

Паводле тыпа ўзбуджэння калектарныя рухавікі можна падзяліць на:

  1. Рухавікі з незалежным узбуджэннем ад электрамагнітаў і пастаянных магнітаў;
  2. Рухавікі з самаўзбуджэннем.

Рухавікі з самаўзбуджэннем дзеляцца на:

  1. Рухавікі з паралельным узбуджэннем (абмотка якара ўключаецца паралельна абмотцы ўзбуджэння);
  2. Рухавікі паслядоўнага ўзбуджэння (абмотка якара ўключаецца паслядоўна абмотцы ўзбуджэння);
  3. Рухавікі змешанага ўзбуджэння (частка абмоткі ўзбуджэння ўключаецца паслядоўна з якарам, а другая частка — паралельна абмотцы якара або паслядоўна злучаным абмотцы якара і першай абмоткі ўзбуджэння, у залежнасці ад патрабаванай нагрузачнай характарыстыкі).

Бескалектарныя рухавікі (вентыльныя рухавікі) — электрарухавікі, выкананыя ў выглядзе замкнёнай сістэмы з выкарыстаннем датчыка становішча ротара, сістэмы кіравання (пераўтваральніка каардынатаў) і сілавога паўправадніковага пераўтваральніка (інвертар). Прынцып працы дадзеных рухавікоў аналагічны прынцыпе працы сінхронных рухавікоў.[2]

Рухавікі пульсавалага току[правіць | правіць зыходнік]

Рухавік пульсавалага току — электрычны рухавік, харчаванне якога ажыццяўляецца пульсавалым электрычным токам. Па канструкцыі вельмі блізкі з рухавіка пастаяннага току. Яго канструктыўнымі адрозненнямі ад рухавіка пастаяннага току з'яўляюцца шыхтаваныя ўстаўкі ў астове, шыхтаваныя дадатковыя палюсы, большая колькасць пар палюсоў, наяўнасць кампенсацыйнай абмоткі. Ўжываецца на электравозах з ўстаноўкамі для выпроствання пераменнага току[3]

Рухавікі пераменнага току[правіць | правіць зыходнік]

Трохфазныя асінхронныя рухавікі

Рухавік пераменнага току — электрычны рухавік, харчаванне якога ажыццяўляецца пераменным токам. Па прынцыпе працы гэтыя рухавікі падзяляюцца на сінхронныя і асінхронныя рухавікі. Прынцыповае адрозненне складаецца ў тым, што ў сінхронных машынах першая гармоніка магнітарухаючай сілы статара рухаецца са хуткасцю кручэння ротара (дзякуючы чаму сам ротар круціцца са хуткасцю кручэння магнітнага поля ў статары), а ў асінхронных — заўсёды ёсць розніца паміж хуткасцю кручэння ротара і хуткасцю кручэння магнітнага поля ў статары (поле круціцца хутчэй ротара).

Сінхронны электрарухавік — электрарухавік пераменнага току, ротар якога круціцца сінхронна з магнітным полем сілкавальнага напружання.

Сінхронныя электрарухавікі падраздзяляюцца на[4]:

  • сінхронны рухавік з абмоткамі ўзбуджэння. Дадзеныя рухавікі звычайна выкарыстоўваюцца пры вялікіх магутнасцях (ад сотняў кілават і вышэй).[2]
  • сінхронны рухавік з пастаяннымі магнітамі;
  • сінхронны рэактыўны рухавік;
  • гістарэзісны рухавік;
  • крокавы рухавік;
  • гібрыдны сінхронны рэактыўны рухавік з пастаяннымі магнітамі;
  • рэактыўна-гістарэзісны рухавік.

Існуюць сінхронныя рухавікі з дыскрэтным кутнім перамяшчэннем ротара — крокавыя рухавікі. У іх зададзенае становішча ротара фіксуецца падачай сілкавання на адпаведныя абмоткі. Пераход у іншае становішча ажыццяўляецца шляхам зняцця напружання сілкавання з адных абмотак і перадачы яго на іншыя. Яшчэ адзін від сінхронных рухавікоў — вентыльны рэактыўны электрарухавік, сілкаванне абмотак якога фарміруецца пры дапамозе паўправадніковых элементаў.

Асінхронны электрарухавік — электрарухавік пераменнага току, у якой частата кручэння ротара адрозніваецца ад частоты круцячага магнітнага поля, стваранага тым, што кормяць напругай. Гэтыя рухавікі найбольш распаўсюджаныя ў цяперашні час.

Па колькасці фаз рухавікі пераменнага току падпадзяляюцца на:

  • аднафазныя — запускаюцца ўручную, або маюць пускавую абмотку, або маюць фазосрушаючы ланцуг;
  • двухфазныя — у тым ліку кандэнсатарныя;
  • трохфазныя;
  • шматфазныя;

Універсальны коллекторный электрарухавік[правіць | правіць зыходнік]

Універсальны коллекторный электрарухавік — коллекторный электрарухавік, які можа працаваць і на пастаянным, і на пераменным току. Вырабляецца толькі з паслядоўнай абмоткай ўзбуджэння на магутнасці да 200 Вт. Статара выконваецца шыхтаваным з спецыяльнай электратэхнічнай сталі. Абмотка ўзбуджэння часткова ўключаецца пры пераменным току і цалкам пры пастаянным. Для пераменнага току намінальныя напружанні 127, 220 У, для пастаяннага 110, 220 В. Ужываецца ў бытавых апаратах, электраінструментах. Рухавікі пераменнага току з харчаваннем ад прамысловай сеткі 50 Гц не дазваляюць атрымаць частату кручэння вышэй 3000 аб/мін. Таму для атрымання высокіх частот ўжываюць калектарны электрарухавік, які да таго ж атрымліваецца лягчэй і менш рухавіка пераменнага току той жа магутнасці або ўжываюць спецыяльныя перадаткавыя механізмы, якія змяняюць кінематычныя параметры механізму да неабходных нам (мультыплікатары). Пры ўжыванні пераўтваральнікаў частоты або наяўнасці сеткі падвышанай частоты (100, 200, 400 Гц) рухавікі пераменнага току аказваюцца лягчэй і менш коллекторных рухавікоў (коллекторный вузел часам займае палову прасторы). Рэсурс асінхронных рухавікоў пераменнага току значна вышэй, чым у коллекторных, і вызначаецца станам падшыпнікаў і ізаляцыі абмотак.

Сінхронны рухавік з датчыкам становішча ротара і інвертарам з'яўляецца электронным аналагам коллекторного рухавіка пастаяннага току. Строга кажучы, універсальны калектарны рухавік з'яўляецца калектарнай электрарухавікоў пастаяннага току з паслядоўна ўключанымі абмоткамі ўзбуджэння (статара), аптымізаваным для працы на пераменным току бытавой электрычнай сеткі. Такі тып рухавіка незалежна ад палярнасці падаванага напружання круціцца ў адзін бок, так як за кошт паслядоўнага злучэння абмотак статара і ротара змена палюсоў іх магнітных палёў адбываецца адначасова і выніковы момант застаецца накіраваным у адну бок. Для магчымасці працы на пераменным току ўжываецца статар з магнітна-мяккага матэрыялу, які мае малы гістэрэзіс (супраціў перамагнічванню). Для памяншэння страт на віхравыя токі статара выконваюць наборным з ізаляваных пласцін. Асаблівасцю (у большасці выпадкаў — вартасцю) працы такога рухавіка менавіта на пераменным току (а не на пастаянным такога ж напружання) з'яўляецца тое, што ў рэжыме малых абаротаў (пуск і перагрузка) індуктыўны супраціў абмотак статара абмяжоўвае спажываны ток і адпаведна максімальны момант рухавіка (ацэначна) да 3-5 ад намінальнага (супраць 5-10 пры харчаванні таго ж рухавіка пастаянным токам). Для збліжэння механічных характарыстык у рухавікоў агульнага прызначэння можа прымяняцца секцыяніраванне абмотак статара — асобныя высновы (і меншы лік віткоў абмоткі статара) для падлучэння пераменнага току.

Сінхронны электрарухавік зваротна-паступальнага руху[правіць | правіць зыходнік]

Прынцып яго працы складаецца ў тым, што рухомая частка рухавіка ўяўляе сабой пастаянныя магніты, замацаваныя на штоке. Праз нерухомыя абмоткі прапускаецца пераменны ток і пастаянныя магніты пад дзеяннем магнітнага поля, стваранага абмоткамі, перамяшчаюць шток зваротна-паступальным чынам.[5]

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Прынцып пераўтварэння электрычнай энергіі ў механічную энергію электрамагнітным полем быў прадэманстраваны брытанскім навукоўцам Майклам Фарадэем у 1821 і складаўся з свабодна падвешанага проваду, окунаючагася у ртуць. Пастаянны магніт быў усталяваны ў сярэдзіне ванны са ртуццю. Калі праз провад прапускаўся ток, провад круціўся вакол магніта, паказваючы, што ток выклікаў цыклічнае магнітнае поле вакол драты[6]. Гэты рухавік часта дэманструецца на школьных уроках фізікі, замест таксічнай ртуці выкарыстоўваюць расол. Гэта — самы просты выгляд з класа электрычных рухавікоў. Наступным удасканаленнем з'яўляецца Кола Барлоу. Яно было дэманстрацыйным прыладай, непрыдатным у практычных ужываннях з-за абмежаванай магутнасці.

Вынаходнікі імкнуліся стварыць электрарухавік для вытворчых патрэб. Яны спрабавалі прымусіць жалезны стрыжань рухацца ў поле электрамагніта зваротна-паступальна, то ёсць так, як рухаецца поршань у цыліндры паравой машыны. Рускі навуковец Б. С. Якобі пайшоў іншым шляхам. У 1834 г. ён стварыў першы ў свеце практычна прыдатны электрарухавік з круцячымся якарам і апублікаваў тэарэтычную працу «Аб прымяненні электрамагнетызму для прывядзення ў рух машыны». Б.С. Якобі пісаў, што яго рухавік нескладаны і «дае непасрэдна кругавы рух, якое значна лягчэй пераўтварыць у іншыя віды руху, чым зваротна-паступальны».

Вярчальны рух якара ў рухавіку Якобі адбывалася з прычыны папераменнага прыцягнення і адштурхвання электрамагнітаў. Нерухомая група U-вобразных электрамагнітаў кармілася токам непасрэдна ад гальванічнай батарэі, прычым кірунак току ў электрамагнітах заставалася нязменным. Рухомая група электрамагнітаў была падключана да батарэі праз камутатар, з дапамогай якога кірунак току ў кожным электромагните змянялася раз за адзін абарот дыска. Палярнасць электрамагнітаў пры гэтым адпаведна змянялася, а кожны з рухомых электрамагнітаў папераменнага притягивался і адштурхоўваўся адпаведным нерухомым электромагнитом: вал рухавіка пачынаў круціцца. Магутнасць такога рухавіка складала ўсяго 15 Вт. Пасля Якобі давёў магутнасць электрарухавіка да 550 Вт. Гэты рухавік быў усталяваны спачатку на лодцы, а пазней на чыгуначнай платформе.

У 1839 г. Якобі пабудаваў лодку з электрамагнітным рухавіком, які ад 69 элементаў Грове развіваў 1 конскую сілу і рухаў лодку з 14 пасажырамі па Няве супраць плыні. Гэта было першае прымяненне электрамагнетызму да перасоўвання ў вялікіх памерах.

Электрарухавік у бактэрый[правіць | правіць зыходнік]

Электрарухавік з некалькіх бялковых малекул пераўтворыць энергію электрычнага току ў выглядзе руху пратонаў ў кручэнне жгутыка, які выкарыстоўваецца для перамяшчэння некаторымі відамі бактэрый.[7]

Зноскі

  1. Белов и др., 2007, с. 27
  2. 2,0 2,1 Белов и др., 2007, с. 28
  3. Сидоров Н.И., Сидорова Н.Н. Как устроен и работает электровоз — М.: Транспорт, 1988. — ISBN 5-277-00191-3. — Тираж 70000 экз. — С. 47.
  4. Электродвигатели - типы, параметры, принцип работы. engineering-solutions.ru. Праверана 7 верасня 2016.
  5. Хитерер М. Я., Овчинников И. Е. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения, СПб., Корона, 2008, ISBN 978-5-7931-0493-7
  6. Войнаровский П. Д., Электродвигатели // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907.
  7. Ржешевский Алексей Нанороботы внутри нас // Популярная механика. — 2016. — № 1. — С. 22—26. — URL: http://www.popmech.ru/magazine/2016/159-issue/

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]