Elektromotory

Elektromotory

Elektromotory jsou přítomny v mnoha oblastech našeho každodenního života. Podívejme se na různé typy.

Fyzika

Klíčová slova

elektromotor, elektromagnetická indukce, indukční, motor, Elektromotor, střídavý motor, pravidlem pravé ruky, elektromagnet, magnetické siločáry, indukovaný proud, stejnosměrný proud, cívka, elektrický proud, magnetické pole, magnetická síla, železné jádro, stroj, Energie, střídavý proud, electro, fyzika, elektrický, elektřina

Související doplňky

Scénky

Interakce mezi elektrickým proudem a magnetickým polem

  • elektrický vodič
  • magnetické indukční čáry - Imaginární čáry používané k ilustraci struktury magnetických polí. Jejich hustota udává velikost indukce magnetického pole, zatímco jejich směr označuje směr indukce.

Všechny elektromotory využívají magnetický efekt elektrického proudu.
Když proud prochází elektrickým vodičem, kolem tohoto vodiče se vytvoří magnetické pole. Magnetické pole má stejný účinek na permanentní magnet jako další permanentní magnet, ale toto pole je nastavitelné.
Síla generovaného magnetického pole závisí na intenzitě proudu proudícího ve vodiči a vzdálenosti od vodiče, zatímco jeho směr závisí na směru proudu.

Ovinutý elektrický vodič

  • elektrický vodič
  • magnetické indukční čáry - Imaginární čáry používané k ilustraci struktury magnetických polí. Jejich hustota udává velikost indukce magnetického pole, zatímco jejich směr označuje směr indukce.

Cívka jako elektromagnet

  • elektrický vodič - Síla magnetického pole může být řízena nastavením síly elektrického proudu, který prochází vodičem.
  • magnetické indukční čáry - Koncentrují se uvnitř smyček tvořených elektrickým vodičem, teda magnetické pole bude silnější tam.
  • železné jádro - Síla magnetického pole je ovlivněna materiálovým složením jádra cívky.

Magnetické pole vytvořené elektrickým proudem může být zesíleno navíjením vodiče​, protože tímto způsobem se magnetické indukční čáry stále více zahušťují uvnitř smyčky.
Magnetické pole může být dále zesíleno vytvořením řady smyček vodičů, tj. vytvořením cívky z vodiče a jejím obalením kolem válce z magnetizovatelného materiálu, například železného jádra. Takto vyrobená cívka je elektromagnet, který se nachází ve všech elektromotorech.

Indukce

  • cívka
  • pohyblivý magnet
  • ampérmetr

Elektrický proud může indukovat magnetické pole, ale magnetické pole může také indukovat elektrický proud. Tento jev se nazývá elektromagnetická indukce.
Elektrický proud může být vyvolán pouze měnícím se magnetickým polem. Pokud se změní magnetické pole v prostředí cívky, indukuje se napětí v cívce a generuje se elektrický proud.
Tento proud také produkuje magnetické pole a dvě magnetická pole mohou vzájemně působit.

Stejnosměrné motory

  • magnet
  • cívka - Když je elektrický proud přiváděn do kovové cívky, kolem cívky je generováno magnetické pole, to znamená, že bude fungovat jako magnet: pokusí se umístit směrem k permanentnímu magnetu statoru.
  • komutátor - Komutátor se otáčí společně s rotorem stejnosměrného motoru. Přijímá elektrický proud přes kartáče a přenáší ho k cívce rotoru. V nejjednodušším stejnosměrném motoru jsou dva póly, proto se komutátor skládá ze dvou segmentů. Jak se komutátor otáčí, póly elektrického proudu se přepínají při každé půl otáčce.
  • pohyblivý kontakt (kartáč) - Elektrický proud je veden do komutátoru, poté do cívky pomocí kartáčů. Obvykle jsou vyrobeny z uhlíku.
  • železné jádro - Funkcí železného jádra je posílení magnetického pole indukovaného cívkou.
  • izolační kroužek

Existují dva hlavní typy elektromotorů: stejnosměrné (DC) a střídavé (AC) motory.
Jak naznačuje jejich název, stejnosměrné motory jsou napájeny stejnosměrným proudem, který je dodáván buď akumulátorem nebo napájecím zdrojem. V nejjednodušších stejnosměrných motorech je stator permanentním magnetem a rotorem je elektromagnet, tj. cívka.

Proud se aplikuje na rotační cívku uhlíkovými kartáči a komutátorem. V důsledku elektrického proudu dodávaného do cívky se cívka stává magnetem, pokouší se pohybovat směrem k permanentnímu magnetu, ale předtím, než se dostane do správného směru, póly se vymění na komutátoru, takže proud v cívce začne proudit v opačném směru. Z tohoto důvodu cívka odtlačuje od sebe magnetické póly a pohybuje se směrem k opačnému pólu. Tak to jde znovu a znovu, takto zůstává motor v rotaci.

Často se v rotoru používá několik cívek, což zajišťuje hladší chod. V tomto případě má komutátor více pólů, ne jen dva.
Nevýhoda stejnosměrných motorů spočívá v tom, že uhlíkové kartáče se opotřebovávají, takže musí být občas vyměňovány, a částice uhlíkového prachu, které se tvoří, mohou způsobit zkrat. Navíc jsou stejnosměrné motory i hlučné.

Střídavé synchronní motory

  • rotor - Trvalý magnet rotoru se snaží sledovat rotující magnetické pole statoru.
  • stator - Cívky statoru vytvářejí rotující magnetické pole.
  • řídící elektronika - Vytváří fázový rozdíl mezi cívkami.
  • střídavý proud

Druhým hlavním typem elektromotorů jsou střídavé motory, které zahrnují synchronní a asynchronní motory.

U synchronních motorů se na cívky statoru aplikuje střídavý proud, který periodicky mění směr. Takový proud může být získán buď z elektrické sítě nebo elektronicky. Pokud se proud ve cívkách statoru nestřídá ve stejné fázi, generuje se rotující magnetické pole. Fázový rozdíl může být vytvořen buď použitím kondenzátorů nebo složitější řídící elektroniky. Ve většině případů jsou v rotoru permanentní magnety, ale mohou existovat i cívky (ty jsou napájeny stejnosměrným proudem z externího zdroje). Magnet rotoru se snaží sledovat rotující magnetické pole statoru, takže se s ním otáčí.

Na zvýšené zatížení nereagují snížením otáček, nýbrž jen fázovým zpožděním za točivým polem statoru. Synchronní motory mohou pracovat pouze s otáčkami, které odpovídají frekvenci elektrického proudu, který je pohání. Pokud se náhle na motor nasadí příliš mnoho zátěže, rotor a póly statoru vypadnou ze synchronizace a motor se zastaví. Tyto motory nejsou samočinné, vyžadují spouštěcí mechanismus. Většina synchronních motorů se spouští indukčním mechanismem a přepíná pouze do synchronního režimu, když dosáhne synchronizační rychlosti.

Při řízení vozidel je frekvence střídavého proudu, který napájí synchronní motor, řízena elektronicky podle požadované rychlosti vozidla. Jelikož v moderních elektrických vozidlech je střídavý proud generován ze stejnosměrného proudu elektronickým obvodem, tyto motory mohou být považovány za stejnosměrné motory. Jsou také nazývány jako bezkartáčové stejnosměrné motory nebo BLDC motory (což je zkratka anglického názvu brushless DC motor).

Výhodou synchronních motorů oproti kartáčovaným stejnosměrným motorům je, že žádné kartáče nejsou potřeba a není v nich žádná součást, která by se mohla opotřebovat; jejich provoz nevytváří téměř žádný hluk.

Střídavé asynchronní motory

  • rotor - Může to být i jednoduchý kovový válec, ve kterém je elektrický proud indukován měnícím se magnetickým polem.
  • stator - Cívky statoru vytvářejí rotující magnetické pole.
  • řídící elektronika - Vytváří fázový rozdíl mezi cívkami.

Princip činnosti asynchronních motorů je založen na jevu indukce, takže se také nazývají indukční motory.
Asynchronní motory se skládají ze statoru a rotoru. Stator obsahuje několik cívek, na které je aplikován střídavý proud. Rotorem může být kovový válec, nebo zkratovaná cívka, to znamená, že nepřijímá proud z vnějšího zdroje.

Princip činnosti asynchronních motorů je následující:
1) Střídavý proud neprochází ve stejné fázi v cívkách statoru, což indukuje rotující magnetické pole kolem cívek.
2) Toto rotující magnetické pole indukuje elektrický proud v rotoru.
3) Indukovaný elektrický proud vytváří kolem rotoru další magnetické pole.
4) Dvě magnetická pole vzájemně působí, takže rotor se začne pohybovat v důsledku otáčení vnějšího magnetického pole. Jelikož se však magnetické pole otáčí, rotor ho nikdy nemůže dohnat, takže se neustále otáčí.

Rotující magnetické pole je generováno pouze tehdy, když je elektrický proud v cívkách statoru v různých fázích. Pokud je pro pohon motoru použit vícefázový proud, musí být cívky statoru zapojeny v různých fázích.
Pokud je motor poháněn jednofázovým proudem, fázový posun vnějších cívek je řízen kondenzátory nebo složitější elektronikou.
Když nedojde k fázovému posunu, motor se nespustí sám, ale pokud mu pomůžeme nastartovat, zůstane v rotaci i bez fázového posunu.
Provoz asynchronních motorů je méně komplikovaný než u synchronních motorů, protože se nezastaví, když je zatížení zvýšeno.

Lineární motory

  • stator - magnety
  • rotor - cívky
  • senzor

Oba typy střídavých motorů mají lineární verze: LIM (Linear Induction Motor) a LSM (Linear Synchronous Motor). Provoz těchto motorů nevede k rotačnímu pohybu, ale k pohybu v přímé linii.
Jejich princip činnosti je stejný jako princip rotačních motorů, kromě toho, že rotor i stator jsou „vyrovnány“ podél přímky.
Další rozdíl je v tom, že pohyblivá část je obvykle ta, která obsahuje cívky, a ne magnetická nebo magnetizovatelná část.

U motorů LIM je na pohyblivou řadu cívek aplikován vícefázový střídavý proud, který vytváří pohyblivé magnetické pole, které indukuje proud ve stacionární kovové kolejnici, jejíž magnetické pole odtlačí od sebe pohyblivou část motoru, která obsahuje cívky.

U motorů LSM musí kolejnice obsahovat magnety v řadě a střídavý proud, který proudí v cívkách pohyblivé části, musí být měněn podle směru pohybu tak, aby vždy ve správné fázi dosáhl dalšího magnetu. To není možné bez senzorů a řídicí elektroniky.

Krokový motor

  • rotor - Může to být i jednoduchý kovový válec, ve kterém je elektrický proud indukován měnícím se magnetickým polem.
  • stator - Cívky statoru vytvářejí rotující magnetické pole.
  • řídící elektronika - Vytváří fázový rozdíl mezi cívkami.

Krokové motory jsou velmi užitečné v zařízeních, kde je nutné znát přesný úhel (nebo krok), kterým se motor otáčí v důsledku určitého množství elektrického proudu.
Takové motory pohybují rameny robotů nebo součástí kopírek a tiskáren. Rotor krokových motorů je tvořen permanentními magnety, zatímco stator je tvořen elektromagnety. Elektromagnety statoru jsou napájeny proudem odděleně řídicí elektronikou podle požadovaného úhlu.
Čím více permanentních magnetů je umístěno v rotoru a čím více elektromagnetů je ve statoru, tím menší je úhel, při kterém se motor může otáčet krok za krokem, takže se může otáčet přesněji v požadovaném směru.
„Rozlišení“ motoru může být také zvýšeno, pokud jsou magnety rotoru a železná jádra elektromagnety statoru ozubeny. Rozlišení může být dále zvýšeno přesnou změnou řídicího proudu přiváděného do cívek.

Vyprávění

Elektromotory jsou přítomny v mnoha oblastech našeho každodenního života. Ačkoli existují různé typy, všechny využívají magnetický efekt elektrického proudu.
Když proud prochází elektrickým vodičem, kolem tohoto vodiče se indukuje magnetické pole. Síla generovaného magnetického pole závisí na intenzitě proudu proudícího ve vodiči a vzdálenosti od vodiče.

Magnetické pole vytvořené elektrickým proudem může být zesíleno vytvořením cívky z vodiče. Takto vyrobená cívka je elektromagnet, který se nachází ve všech elektromotorech.
Síla elektromagnetu a poloha jeho pólů může být nastavena proudem, který jím protéká.

Elektrický proud může indukovat magnetické pole, ale magnetické pole může také indukovat elektrický proud. Tento jev se nazývá elektromagnetická indukce. Elektrický proud může být vyvolán pouze měnícím se magnetickým polem. Pokud se změní magnetické pole v prostředí cívky, indukuje se napětí v cívce a generuje se elektrický proud.
Tento proud také produkuje magnetické pole a dvě magnetická pole mohou vzájemně působit. Tento jev využívají některé elektromotory.

Existují dva hlavní typy elektromotorů: stejnosměrné (DC) a střídavé (AC) motory. Jak naznačuje jejich název, stejnosměrné motory jsou napájeny stejnosměrným proudem, jejich stator je permanentní magnet a jejich rotor je elektromagnet. Proud se aplikuje na rotační cívku uhlíkovými kartáči a komutátorem. V důsledku elektrického proudu dodávaného do cívky se cívka stává magnetem, pokouší se pohybovat směrem k permanentnímu magnetu, ale dříve než se to stane, póly se vymění na komutátoru, takže proud v cívce začne proudit v opačném směru. Z tohoto důvodu cívka odtlačuje od sebe magnetické póly a pohybuje se směrem k opačnému pólu. Tak to jde znovu a znovu, takto zůstává motor v rotaci.

Druhým hlavním typem elektromotorů jsou střídavé motory, které zahrnují synchronní a asynchronní motory. U synchronních motorů se na cívky statoru aplikuje střídavý proud, který periodicky mění směr. Jednoduchý elektronický obvod zajišťuje, aby se elektrický proud nestřídal ve stejné fázi ve cívkách statoru, což vytváří rotující magnetické pole. Magnet rotoru se snaží sledovat rotující magnetické pole statoru, takže se s ním otáčí. Na zvýšené zatížení nereagují snížením otáček, nýbrž jen fázovým zpožděním za točivým polem statoru. Synchronní motory mohou pracovat pouze s otáčkami, které odpovídají frekvenci elektrického proudu, který je pohání. Pokud se náhle na motor nasadí příliš mnoho zátěže, rotor a póly statoru vypadnou ze synchronizace a motor se zastaví. Tyto motory nejsou samočinné, vyžadují spouštěcí mechanismus. Tento problém je vyřešen v moderních elektrických vozidlech tak, že střídavý proud je generován elektronickým obvodem ze stejnosměrného proudu a senzory zajišťují, aby cívky statoru vždy přijímali proud ve vhodné fázi, takže provoz motoru nevypadá ze synchronizace. Pro uživatele jsou tyto motory považovány za stejnosměrné motory, takže se nazývají i jako bezkartáčové stejnosměrné motory. Výhodou synchronních motorů oproti kartáčovaným stejnosměrným motorům je, že žádné kartáče nejsou potřeba a není v nich žádná součást, která by se mohla opotřebovat; jejich provoz nevytváří téměř žádný hluk.

Princip činnosti asynchronních motorů je založen na jevu indukce. Asynchronní motory se skládají ze statoru a rotoru. Stator obsahuje několik cívek, na které je aplikován střídavý proud. Rotor může být jednoduchý kovový válec, ale to je obvykle cívka, která nepřijímá proud zvenčí, elektrický proud se objeví prostřednictvím indukce.
Střídavý proud neprochází ve stejné fázi v cívkách statoru, což indukuje rotující magnetické pole kolem cívek.
Toto rotující magnetické pole indukuje elektrický proud v rotoru. Indukovaný elektrický proud vytváří kolem rotoru další magnetické pole. Dvě magnetická pole vzájemně působí, takže rotor se začne pohybovat v důsledku otáčení vnějšího magnetického pole. Jelikož se však magnetické pole otáčí, rotor ho nikdy nemůže dohnat, takže se neustále otáčí.
Provoz asynchronních motorů je méně komplikovaný než u synchronních motorů, protože se nezastaví, když je zatížení zvýšeno.

Oba typy střídavých motorů mají lineární verze: LIM (Linear Induction Motor) a LSM (Linear Synchronous Motor). Provoz těchto motorů nevede k rotačnímu pohybu, ale k pohybu v přímé linii.
Jejich princip činnosti je stejný jako princip rotačních motorů, kromě toho, že rotor i stator jsou „vyrovnány“ podél přímky.

Krokové motory jsou velmi užitečné v zařízeních, kde je nutné znát přesný úhel (nebo krok), kterým se motor otáčí v důsledku určitého množství elektrického proudu. Takové motory pohybují rameny robotů nebo součástí kopírek a tiskáren. Rotor krokových motorů je tvořen permanentními magnety, zatímco stator je tvořen elektromagnety. Elektromagnety statoru jsou napájeny proudem odděleně řídicí elektronikou podle požadovaného úhlu.

Související doplňky

Elektromotor

Je vzájemné silové působení elektromagnetických polí vytvářených elektrickými vodiči, kterými protéká elektrický proud.

Generátor a elektromotor

Zatímco generátor přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii, elektromotor přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii.

Generování střídavého proudu

Elektrický proud může být generován otáčením smyčky vodiče v magnetickém poli.

Elektrický zvonek

Mechanický zvonek funguje pomocí elektromagnetu.

Kondenzátor

Kondenzátor elektrickou energii uskladňuje v podobě elektrického náboje.

Dynamo

Dynamo transformuje mechanickou energii na stejnosměrný proud.

Laboratoř Nikoly Tesly (Shoreham, USA)

Tento inženýr a vynálezce, který se věnoval především elektrotechnice, byl bezpochyby nejgeniálnější postavou druhé průmyslové revoluce.

Magnetron

Magnetron, který vyrábí mikrovlny, je důležitou součástí mikrovlnné trouby.

Transformátor

Transformátor je zařízení pro přeměnu napětí elektrického proudu.

Automobily šetrné k životnímu prostředí

Kombinací benzínového a elektrického pohonu lze snížit emise.

Elektromobil

Tesla Model S je první elektromobil, který je vhodný i pro každodenní použití.

Jak funguje vysoušeč vlasů?

Tato animace představuje strukturu a fungování vysoušeče vlasů.

Jak to funguje? - Laserová tiskárna

Pomocí animace poznáme strukturu a funkce laserové tiskárny.

Vlak Maglev

Jeden z nejmodernějších dopravních prostředků, který je schopen jet rychlostí více než 400 km/h.

Added to your cart.