Електромотори

Електромотори

Електромотори су присутни у многим подручјима нашег живота. Упознајмо неколико врста електромотора.

Физика

Ознаке

elektromotor, електромагнетна индукција, индукција, мотор, електрични мотор, AC motor, Правило десна рука, електромагнет, магнетске линије сила, индукована струја, једносмерна струја, калем, електрична струја, magnetno polje, магнетна сила, гвожђа језгро, машина, Енергија, naizmenična struja, електро, физика, електрични, електрична енергија

Повезани додаци

Сцене

Узајамни однос електричне струје и магнетног поља

  • проводник струје
  • линије магнетне индукције - Ове линије у стварности не постоје, користимо их само за илустрацију магнетног поља. Њихова густоћа нам показује величину индукције магнетног поља у околини једне дате тачке, а смер линија указује на смер индукције.

Сви електромотори током свог рада користе магнетско дејство електричне струје. Уколико кроз проводник тече струја, око њега се формира магнетно поље које на трајни магнет делује на потпуно исти начин као један други трајни магнет. Предност овог магнетног поља у односу на трајни магнет се састоји у томе што је магнетно поље могуће контролисати. Јачина насталог магнетног поља зависи од јачине струје која протиче кроз проводник и од његове удаљености од проводника, а смер поља зависи од смера струје.

Савијен проводник

  • проводник струје
  • линије магнетне индукције - Ове линије у стварности не постоје, користимо их само за илустрацију магнетног поља. Њихова густоћа нам показује величину индукције магнетног поља у околини једне дате тачке, а смер линија указује на смер индукције.

Намотај (калем) као електрични проводник

  • проводник струје - Помоћу јачине струје у њему може се контролисати јачина магнетног поља.
  • линије магнетне индукције - Збијају се у унутрашњости проводника савијеног у прстен, стога ће на том месту магнетно поље бити јаче.
  • језгро од гвожђа - На јачину магнетног поља утиче састав материјала који испуњава калем.

Магнетно поље генерисано дејством електричне струје можемо додатно појачати намотавањем жице проводника у калем. На тај начин су линије магнетне индукције у унутрашњости прстена згуснуте. Магнетно поље ће се још више појачати ако поставимо неколико прстенова један поред другог, односно, формирањем намотаја од жице проводника, а у његову унутрашњост поставимо цилиндар од материјала који се може магнетизовати (на пример, цилиндар израђен од гвожђа, одн. гвоздено језгро). Намотај израђен на овај начин је електромагнет који се налази у сваком електромотору.

Индукција

  • намотај
  • покретни магнет
  • амперметар

Поред тога што електрична струја може генерисати магнетно поље; и магнетно поље може генерисати електричну струју. Ова је појава позната као електромагнетна индукција. Само променљиво магнетно поље може индуковати струју. Под утицајем променљивог магнетног поља мења у близини калема, у њему ће се индуковати електрични напон, што изазива настанак електричне струје. На овај начин настала електрича струја такође има магнетно поље, тако да два магнетна поља могу утицати једно на друго.

Електрични мотор једносмерне струје

  • магнет
  • намотај - Ако у метални навој уведемо струју око њега настаје магнетно поље. Због тога ће се навој понашати као магнет, покушаће се окренути и смеру сталног магнета статора.
  • колектор (комутатор) - Комутатор се окреће заједно са ротором мотора, а кроз графитне четкице овај део преузима електричну струју доведену из спољашњости и одводи је у калеме ротора. У најједноставнијем случају потребна су му два пола, тада се састоји од два полупрстена. Приликом ротације, полови се при сваком полукругу мењају. Зато ову компоненту мотора називамо комутатором, што указује на промену смера.
  • клизни контакт (четкица) - Кроз ову компоненту струја тече до комутатора, а затим кроз њега на калем. Најчешће се изгађује од графита.
  • гвоздено језгро - Задатак језгра од гвођжа је појачавање магнетног поља кога стварају навоји.
  • изолациони прстен

Електромотори се могу поделити у две главне групе: једносмерне и наизменичне моторе. Мотори за једносмерну струју се напајају једносмерном електричном струјом коју обезбеђује акумулатор, односно батерија или извор напајања. У најједноставнијем случају статор је трајни магнет, а ротор је електромагнет, односно, калем.

Струја се преко комутатора (или колектора) и са њим повезаних графитних четкица доводи у ротирајући калем. Под утицајем струје у калему, он се намагнетише и покушава да се окрене у смеру према трајном магнету, али пре него што се постави у одговарајући положај, полови на комутатору ће заменити свој положај, а струја у калему ће променити свој смер тока. Услед ове појаве, калем ће одбити полове магнета и помериће се према супротним половима. Непрекидно понављање овог процеса одржава мотор у непрекидном ротационом кретању.

Ротор се често састоји од неколико навоја, што омогућава уједначенији рад мотора. У том случају и колектор има више полова, а не само два. Недостаци мотора једносмерне струје су трошење графитних четкица, због чега је неопходна њихова повремена замена; стварање праха угљеника који може изазвати кратак спој и бучан рад мотора.

Синхрони мотор наизменичне струје

  • ротор - Трајни магнет ротора покушава пратити ротирајуће магнетно поље статора.
  • статор - Калеми ротора стварају ротирајуће магнетно поље.
  • управљачка електроника - Фазну разлику између електричне струје појединих калема обезбеђује управљачка електроника.
  • наизменична струја

Другу велику групу електромотора чине наизменични мотори. Ови мотори могу бити синхрони и асинхрони.

У калеме статора синхроних мотора се доводи периодична наизменична струја. Ова струја долази из мрежног напона или се генерише електронски. Уколико се струја у појединим навојима статора не мења у једнаким фазама, настаје ротирајуће магнетно поље. Фазно померање се може постићи једноставно кондензаторима или сложеније, уз помоћ управљачке електронике. У ротору се углавном налазе трајни магнети, али и на ова места се могу поставити калеми (напојени једносмерном струјом са спољашњег извора). Магнет ротора покушава да следи магнетно поље статора, стога и ротира заједно са њим.

Ако ову врсту електромотора оптеретимо, ротор ће, у зависности од оптерећења мало заостајати од магнетног поља статора, али му се број обртаја неће променити. То значи да синхрони мотори могу функционисати само на броју обртаја који одговара фреквенцији струје напајања погона. Под превеликим оптерећењем оваквог мотора може се пореметити његова синхронизација и мотор ће стати. Овим моторима је и за покретање потребно решење које им у томе помаже. Већина се покреће путем индукцијских мотора, а након неколико обртаја прелазе на синхрони начин рада.

Приликом вожње саобраћајних возила фреквенција наизменичне струје која напаја синхрони мотор се електронски контролише у складу са жељеном брзином возила. Како наизменичну електричну струју у модерним електричним возилима генерише струјни круг из једносмерне струје, стога се ови мотори за корисника сматрају моторима једносмерне струје. Такође се називају и моторима једносмерне струје без графитних четкица (или БЛДЦ мотори, скраћеница енглеског назива brushless DC).

Синхрони мотори са ротором и трајним магнетом у односу на моторе једносмерне струје имају велику предност која се огледа у томе што нема потребе за клизним контактима (четкицама), услед чега у њима нема хабајућих делова, а рад им је готово нечујан.

Асинхрони мотор наизменичне струје

  • ротор - Ротор може бити једноставан метални цилиндар у коме се струја индукује под утицајем магнетног поља.
  • статор - Навоји статира стварају генеришу ротирајуће магнетно поље.
  • управљачка електротехника - Фазну разлику између електричне струје појединих калема обезбеђује управљачка електроника.

Наизменични синхрони мотор (познат и као Теслин мотор) је заснован на феномену индукције, стога је назван и индукцијским мотором. И овај се мотор састоји из два дела: статора и ротора. Статор се састоји од неколико калема у које се доводи наизменична струја. Ротор може бити једноставан метални цилиндар, али се најчешће и у ротору налази калем који је кратко спојен и у њега се не доводи спољашња струја.

Процес рада индукцијског мотора се одвија у следећим корацима: 1.) Наизменична струја у навојима статора не тече у истој фази, тако да се око навоја генерише ротирајуће магнетно поље. 2.) Ово ротирајуће, односно променљиво магнетно поље индукује електричну струју у ротору. 3.) Овако настала струја ствара ново магнетно поље око ротора. 4.) Два магнетна поља међусобно делују једно на друго, стога се ротор покушава окренути у складу са спољашњим магнетним пољем, али не може да га достигне због сопственог ротационог кретања и ротација постаје стална.

Ротирајуће магнетно поље настаје само у случају да калеми статора не раде истовремено, већ у различитим фазма. Ако за рад мотора користимо вишефазну струју, намотаји статора треба да су редно спојени на различите фазе. На тај начин је обезбеђено ротирајуће магнетно поље. У случају да мотор прикључимо на једнофазну струју помак у фазама спољашњих калема омогућавају кондензатори, или, у данашње време, електроника. Ако фазног помака нема, мотор се неће покренути сам, међутим, ако му помогнемо, он ће се ротационо кретати чак и без фазног помака. С обзиром на то да се асинхрони мотори неће зауставити уколико раде под оптерећењем, њихов рад није толико сложен као рад синхроних мотора.

Линеарни мотори

  • статор - магнети
  • ротор - калеми
  • сензор

Обе врсте наизменичних мотора постоје и у линеарној верзији: ЛИМ (скраћеница од енглеског назива Linear Induction Motor) и ЛСМ (скраћеница од енглеског назива Linear Synchronous Motor). Рад мотора код ових машина се не заснива на ротационом, већ на линеарном кретању. Принцип рада ових мотора је идентичан раду ротационих мотора, с том разликом што су у њима покретни део и статор "распоређени" дуж праве линије. Још једна разлика у односу на ротирајуће моторе се огледа у томе што се код линеарних мотора калеми углавном налазе у покретном делу, а не у магнету или делу који се може намагнетисати.

У случају ЛИМ линеарних мотора вишефазна наизменична струја се доводи у покретну линију калема, што изазива генерисање прогресивног магнетног поља. Ово магнетно поље индукује струју у стационарној металној шини, а магнетно поље ове шине одбија од себе покретни део мотора који садржи калеме.

У случају ЛСМ линеарног мотора шина је целом својом дужином обложена магнетима, а наизменичну струју у навојима покретног дела је потребно мењати у складу са напредовањем, како би струја увек у одговарајућој фази доспела до следећег магнета. Без сензора и управљачке електронике ово је немогуће постићи.

Степер мотор (корачни мотор)

  • ротор - Ротор може бити једноставан метални цилиндар у коме се струја индукује под утицајем магнетног поља.
  • статор - Навоји статира стварају генеришу ротирајуће магнетно поље.
  • управљачка електротехника - Фазну разлику између електричне струје појединих калема обезбеђује управљачка електроника.

Корачни мотор (степер мотор) је веома користан у уређајима код којих је потребан тачан податак о углу померања мотора под утицајем одређене количине електричне струје. Мотори ове врсте се употребљавају за ротирање руке робота, деловa машина за фотокопирање и штампача. Ротор корачних мотора се састоји од трајних магнета, а статор од електромагнета. Електромагнете статора управљачка електроника напаја струјом. Сваки се електромагнет напаја посебно у зависности од жељеног угла ротације. Уколико је више магнета уграђено у ротор и електромагнета у статор, утолико ће угао "корачања" машине бити мањи, што значи да ће прецизност подешавања кретања у жељеном смеру бити већа. Повећање "резолуције" мотора се може постићи назубљивањем магнета статора и гвоздених језгара електромагнета статора. Додатно повећање резолуције мотора се постиже прецизним подешавањем управљачке струје којом се напајају навоји.

Нарација

Електромотори су присутни у многим подручјима живота. Постоји много врста електромотора, а сви они током рада користе магнетно дејтво електричне струје. Ако кроз проводник тече електрична струја, око њега се ствара магнетно поље. Јачина магнетног поља зависи од јачине струје у проводнику и удаљености поља од проводника.

Магнетно поље генерисано дејством електричне струје можемо додатно појачати намотавањем жице проводника у калем. Намотај израђен на овај начин је електромагнет који се налази у сваком електромотору. Јачина електромагнета и положај његових полова се могу контролисати струјом која тече кроз њега.

Поред тога што електрична струја може генерисати магнетно поље; и магнетно поље може генерисати електричну струју. Ова је појава позната као електромагнетна индукција. Само променљиво магнетно поље може индуковати струју. Под утицајем променљивог магнетног поља мења у близини калема, у њему ће се индуковати електрични напон, што изазива настанак електричне струје. На овај начин настала електрича струја такође има магнетно поље, тако да два магнетна поља могу утицати једно на друго. Рад неких електромора је заснован на овој појави.

Електромотори се могу поделити у две главне групе: једносмерне и наизменичне моторе. Мотори за једносмерну струју се напајају једносмерном електричном струјом, статор у њима је трајни магнет, а ротор је електромагнет. Струја се преко комутатора (или колектора) и са њим повезаних графитних четкица доводи у ротирајући калем. Под утицајем струје у калему, он се намагнетише и покушава се окренути у смеру према трајном магнету, али пре него што се постави у одговарајући положај, полови на комутатору ће заменити свој положај, а струја у калему ће променити свој смер тока. Услед ове појаве, калем ће одбити полове магнета и помериће се према супротним половима. Непрекидно понављање овог процеса одржава мотор у непрекидном ротационом кретању.

Другу велику групу електромотора чине наизменични мотори. Ови мотори могу бити синхрони и асинхрони. У калеме статора синхроних мотора се доводи периодична наизменична струја. Калеми статора синхроних мотора се напајају периодично променљивим напоном из струјне мреже. Једно једноставно струјно коло води рачуна о томе да се струја у појединим калемима статора мења у различитим фазама, што узрокује стварање ротационог магнетног поља. Магнет ротора покушава да следи ротационо магнетно поље статора, стога ротира заједно са њим. Синхрони мотори могу радити искључиво брзином која одговара фреквенцији погонске струје. Под превеликим оптерећењем могу испасти из синхронизације, а мотор стаје. Овим моторима је и за покретање потребно решење које им у томе помаже. У модерним електричним аутомобилима овај је проблем решен тако што наизменичну струју генерише електронски круг из једносмерне струје, а сензори воде рачуна о томе да су калеми статора у сваком тренутку снабдевени струјом одговарајуће фазе како би се очувала синхронизација мотора. За кориснике се ови мотори сматрају моторима једносмерне струје, стога се називају моторима једносмерне струје без графитних четкица. Синхрони мотори са ротором и трајним магнетом у односу на моторе једносмерне струје имају велику предност која се огледа у томе што нема потребе за клизним контактима (четкицама), услед чега у њима нема хабајућих делова, а рад им је готово нечујан.

Наизменични синхрони мотор (познат и као Теслин мотор) је заснован на феномену индукције. И овај се мотор састоји из два дела: статора и ротора. Статор се састоји од неколико калема у које се доводи наизменична струја. Ротор може бити једноставан метални цилиндар, али се најчешће и у ротору налази калем који је кратко спојен и у њега се не доводи спољашња струја, а струју у њему изазива индукција. Наизменична струја у навојима статора не тече у истој фази, тако да се око навоја генерише ротирајуће магнетно поље. Ово ротирајуће, односно променљиво магнетно поље индукује електричну струју у ротору. Овако настала струја ствара ново магнетно поље око ротора. Два магнетна поља међусобно делују једно на друго, стога се ротор покушава окренути у складу са спољашњим магнетним пољем, али не може да га достигне због сопственог ротационог кретања и ротација постаје стална. С обзиром на то да се асинхрони мотори неће зауставити уколико раде под оптерећењем, њихов рад није толико сложен као рад синхроних мотора.

Обе врсте наизменичних мотора постоје и у линеарној верзији: ЛИМ (енглески Linear Induction Motor) и ЛСМ (енглески Linear Synchronous Motor). Рад мотора код ових машина се не заснива на ротационом, већ на линеарном кретању. Принцип рада ових мотора је идентичан раду ротационих мотора, с том разликом што су у њима покретни део и статор "распоређени" дуж праве линије.

Корачни мотор (степер мотор) је веома користан у уређајима код којих је потребан тачан податак о углу померања мотора под утицајем одређене количине електричне струје. Мотори ове врсте се употребљавају за ротирање руке робота, деловa машина за фотокопирање и штампача. Ротор корачних мотора се састоји од трајних магнета, а статор од електромагнета. Електромагнете статора управљачка електроника напаја струјом. Сваки се електромагнет напаја посебно у зависности од жељеног угла ротације.

Повезани додаци

Генератор и електромотор

Генератор претвара механичку енергију у електричну енергију, док електромотор електричну...

Генератор једносмерне струје

Између сталних магнета генератора за једносмерну струју налази се ротор кроз који тече...

Производња наизменичне струје

Ако у магнетном пољу окрећемо намотај, можемо произвести електричну енергију.

Кондензатор

Кондензатор је уређај у коме се електрична енергија може акумулирати и чувати у облику...

Електрично звоно

Уређај који ради уз помоћ електромагнета.

Лабораторија Николе Тесле (Шорхам, САД)

Изузетан инжењер и проналазач, углавном се бавио електротехником, несумњиво један од...

Магнетрон

Једна од најважнијих компоненти микроталасне пећнице је магнетрон који производи микроталасе.

Динамо (средњи степен)

Динамо претвара механичку енергију у једносмерну електричну струју.

Трансформатор

Транформатор је апарат који служи за промену електричног напона.

Како ради ласерски штампач?

Анимација нам приказује конструкцију и рад ласерског штампача.

Еколошки аутомобили

Комбинацијом бензинског и електричног погона аутомобила може се смањити емисија штетних...

Како ради фен за сушење косе?

Анимација нам приказује физичко објашњење конструкције и рада фена за косу.

Маглев возови

Принцип рада Маглев возова је заснован на магнетској левитацији. Представљају један од...

Електрични аутомобил

Тесла Модел С је један од првих комерцијално доступних електричних аутомобила.

Added to your cart.