§ 4.7 Электрические двигатели
Содержание
Почему до сих пор автомобильные ДВС не заменены электрическими двигателями, которые более компактны и экологичны?
Электрические двигатели являются самыми распространёнными силовыми устройствами на производстве и в быту. Принцип работы этих двигателей основан на явлении силового взаимодействия намагниченных тел: их отталкивании или притяжении друг к другу (рис. 4.15).
Другое физическое явление, на котором основана работа электрического двигателя, — это проявление магнитных свойств у проводников, по которым течёт электрический ток. Если по проводу, намотанному на катушку, пропустить ток, то она становится магнитом. Взаимодействуя с постоянным магнитом или такой же катушкой с током, она будет к ним с силой притягиваться или отталкиваться от них. Чем больший ток проходит через катушку, тем больше сила притяжения или отталкивания.
Если сконструировать устройство, в котором катушка может вращаться в магнитном поле, то получится электрический двигатель (рис. 4.16). Для того чтобы ротор с катушкой вращался, нижняя часть катушки всё время должна быть южным полюсом электромагнита, а верхняя часть катушки — северным полюсом.
Это достигается благодаря тому, что направление тока в катушке через каждые пол-оборота меняется. Для этого используют специальный переключатель — коллектор, состоящий из двух медных контактов-полуколец. В роторе реального мотора не одна, а множество катушек, а у коллектора множество пар контактов.
В выпускаемых промышленностью силовых электродвигателях внешнее магнитное поле создаётся не постоянным магнитом, а электромагнитом. Это позволяет создать очень сильное и регулируемое магнитное поле в статоре.
Двигатели с постоянным магнитом делаются часто только в миниатюрном исполнении, например для детских игрушек или моделей.
Регулируя силу тока в обмотках двигателя, можно менять число оборотов ротора, что очень удобно для транспортных средств, например в приводе автомобиля.
Кроме двигателей с коллектором, существуют двигатели, у которых нет коллектора. Они работают только на переменном токе. С принципом их работы вы познакомитесь на уроках физики в 9 классе.
Профессии и производство
Самое главное в любом двигателе — это его мощность. От её величины зависит, где двигатель будет применяться, и какие нагрузки будет испытывать.
Электрические двигатели с малой мощностью используются в основном в бытовых приборах, в лёгкой промышленности и робототехнике.
Среднемощные электродвигатели являются источниками силы в электроинструментах, а также в бытовом и промышленном электрооборудовании.
Электродвигатели больших мощностей незаменимы в работе электротранспорта, лифтовом и прочем подъёмном оборудовании, в различных промышленных направлениях.
Проверьте себя:
1. На каком явлении основана работа электродвигателя?
2. Почему катушка, по которой пропущен ток, взаимодействует с магнитом?
3*. Почему в промышленных двигателях в статоре устанавливают не постоянный магнит, а электромагнит?
4*. Как можно регулировать скорость вращения ротора в коллекторном электродвигателе?
Обоснуйте, почему в силовых электродвигателях статор представляет собой не постоянный магнит, а электромагнит.
