Raske isegi ette kujutada, milline näeks välja kaasaegne maailm ilma alalisvoolu elektrimootorita (ja muide ka vahelduvvoolumootorita). Iga kaasaegne mehhanism on varustatud elektrimootoriga. Sellel võib olla erinev eesmärk, kuid selle olemasolu on reeglina kriitiline. Eeldatakse, et lähitulevikus alalisvoolumootori roll ainult suureneb. Juba praegu on ilma selle seadmeta võimatu luua kvaliteetseid, töökindlaid ja hääletuid reguleeritava kiirusega seadmeid. Kuid see on riigi ja kogu maailma majanduse arengu võti.
Alalisvoolumootori ajaloost
1821. aasta katsete käigus avastas kuulus teadlane Faraday kogemata, et magnet ja voolujuht millegipärastüksteist mõjutada. Eelkõige võib püsimagnet põhjustada lihtsa voolu juhtiva vooluahela pöörlemist. Nende katsete tulemusi kasutati edasistes uuringutes.
Juba aastal 1833 lõi Thomas Davenport mudelrongi väikese elektrimootoriga, mis suudab seda juhtida.
1838. aastal ehitati Vene impeeriumis 12-kohaline reisipaat. Kui see elektrimootoriga paat Neeva jõel vastuvoolu sõitis, põhjustas see tõelise emotsiooniplahvatuse teadusringkondades ja mitte ainult.
Alalisvoolumootori tööpõhimõte
Kui vaadata tööd pealiskaudselt, nagu koolis füüsikatundides tehakse, võib tunduda, et selles pole absoluutselt midagi keerulist. Kuid see on ainult esmapilgul. Tegelikult on elektriajami teadus tehniliste erialade tsüklis üks raskemaid. Elektrimootori töötamise käigus ilmnevad mitmed keerulised füüsikalised nähtused, mida siiani täielikult ei mõisteta ning mida seletatakse erinevate hüpoteeside ja oletustega.
Lihtsustatud versioonis saab alalisvoolumootori tööpõhimõtet kirjeldada järgmiselt. Juht asetatakse magnetvälja ja läbi selle juhitakse vool. Veelgi enam, kui arvestada juhi ristlõiget, tekivad selle ümber nähtamatud jõu kontsentrilised ringid - see on magnetväli, mille moodustab juhi vool. Nagu juba mainitud, on need magnetväljad inimsilmale nähtamatud. Kuid on lihtne nipp, mis võimaldab teil neid visuaalselt jälgida. Lihtsaim viis on teha vineerist või paksust paberilehest auk, millest traat läbi lasta. Sel juhul tuleb augu lähedal asuv pind katta õhukese kihiga peeneks hajutatud magnetilise metallipulbriga (kasutada võib ka peent saepuru). Kui vooluahel on suletud, reastuvad pulbriosakesed magnetvälja kujuga.
Tegelikult põhineb alalisvoolumootori tööpõhimõte sellel nähtusel. U-kujulise magneti põhja- ja lõunapooluse vahele asetatakse voolujuht. Magnetväljade vastasmõju tulemusena läheb traat liikuma. Liikumissuund oleneb postide paigutusest ja seda saab täpselt määrata nn karkassireegliga.
Ampere tugevus
Jõudu, mis tõukab voolu juhtiva juhi püsimagneti väljast välja, nimetatakse Ampère'i jõuks – kuulsa elektrinähtuste uurija järgi. Tema järgi on nimetatud ka voolu mõõtühik.
Selle jõu arvulise väärtuse leidmiseks peate korrutama vaadeldavas juhi voolu selle pikkuse ja magnetvälja suuruse (vektoriga).
Valem näeb välja selline:
F=IBL.
Kõige lihtsama mootori mudel
Jämed alt öeldes tuleb kõige primitiivsema mootori ehitamiseks asetada juhtivast materjalist raam (traat) magnetvälja ja toita see vooluga. Raam pöördub teatud nurga alla ja peatub. See seisukoht spetsialistide slängi kohta aastalelektriajami ala nimetatakse "surnud". Peatuse põhjuseks on see, et magnetväljad on nii-öelda kompenseeritud. Teisisõnu, see juhtub siis, kui resultantjõud võrdub nulliga. Seetõttu ei sisalda alalisvoolumootori seade mitte ühte, vaid mitut kaadrit. Päris tööstusüksuses (mis on seadmetele paigaldatud) võib selliseid elementaarahelaid olla väga-väga palju. Seega, kui jõud on ühel kaadris tasakaalustatud, toob teine kaader selle "stuuporist" välja.
Erineva võimsusega mootorite seadme omadused
Isegi elektrotehnika maailmast kaugel olev inimene saab kohe aru, et ilma pideva magnetvälja allikata pole alalisvoolu elektrimootorist lihts alt juttugi. Selliste allikatena kasutatakse mitmesuguseid seadmeid.
Madala võimsusega alalisvoolumootorite jaoks (12 volti või vähem) on püsimagnet ideaalne lahendus. Kuid see valik ei sobi suure võimsuse ja suurusega seadmete jaoks: magnetid on liiga kallid ja rasked. Seetõttu on 220 V või enama alalisvoolumootorite puhul otstarbekam kasutada induktiivpooli (väljamähis). Selleks, et induktiivpool saaks magnetvälja allikaks, peab sellel olema toide.
Elektrimootori disain
Üldiselt sisaldab iga alalisvoolumootori disain järgmisi elemente:kollektor, staator ja armatuur.
Ankur toimib mootori mähise laagrielemendina. See koosneb õhukestest elektrilisel eesmärgil kasutatavatest teraslehtedest, mille perimeetri ümber on sooned traadi paigaldamiseks. Valmistamismaterjal on sel juhul väga oluline. Nagu juba mainitud, kasutatakse elektrilist terast. Seda materjali sorti iseloomustab suur kunstlikult kasvatatud tera suurus ja pehmus (madala süsinikusisalduse tõttu). Lisaks koosneb kogu konstruktsioon õhukestest isoleeritud lehtedest. Kõik see ei lase parasiitvooludel tekkida ja hoiab ära armatuuri ülekuumenemise.
Staator on fikseeritud osa. See täidab varem käsitletud magneti rolli. Mudelmootori töö demonstreerimiseks laboris, selguse ja põhimõtete paremaks mõistmiseks, kasutatakse kahe poolusega staatorit. Tõelistes tööstuslikes mootorites kasutatakse suure hulga poolustepaare sisaldavaid seadmeid.
Kollektor on lüliti (pistik), mis varustab vooluga alalisvoolumootori mähisahelaid. Selle olemasolu on rangelt vajalik. Ilma selleta töötab mootor tõmblev alt, mitte sujuv alt.
Mootorite valik
Pole olemas üht universaalset mootorit, mis oleks kasutusel absoluutselt kõigis tehnikaharudes ja rahvamajanduses ning vastaks töö käigus kõikidele ohutuse ja töökindluse valdkonna nõuetele.
Alalisvoolumootori valimisel peaksite olema väga ettevaatlik. Remont on äärmiselt keeruline ja kulukasprotseduur, mida saavad läbi viia ainult vastava kvalifikatsiooniga töötajad. Ja kui mootori disain ja võimalused ei vasta nõuetele, kulub remondile märkimisväärseid vahendeid.
Alalisvoolumootoreid on nelja peamist tüüpi: harjatud, inverter-, unipolaarsed ja universaalsed harjaga alalisvoolumootorid. Igal neist tüüpidest on oma positiivsed ja negatiivsed omadused. Igaüht neist tuleks lühid alt kirjeldada.
DC-harjatud mootorid
Seda tüüpi mootorite rakendamiseks on suur hulk võimalikke viise: üks kollektor ja paarisarv vooluringe, mitu kollektorit ja mitu mähisahelat, kolm kollektorit ja sama arv mähispöördeid, neli kollektorit ja kaks mähise pöörded, neli kollektorit ja neli ahelat ankrul ning lõpuks - kaheksa kollektorit ankruga ilma raamita.
Seda tüüpi mootoreid iseloomustab teostamise ja tootmise suhteliselt lihtsus. Just sel põhjusel on see saanud tuntuks universaalmootorina, mille kasutusala on väga lai: mänguasjadest raadio teel juhitavatest autodest kuni väga keerukate ja kõrgtehnoloogiliste Saksamaal või Jaapanis valmistatud CNC-tööpinkideni.
Invertermootorite kohta
Üldiselt on seda tüüpi mootor väga sarnane kollektoriga ning sellel on samad eelised ja puudused. Ainus erinevus on käivitusmehhanismis: seda on rohkemtäiuslik, mis võimaldab hõlps alt kiirust tagasi pöörata ja rootori kiirust reguleerida. Seega on seda tüüpi alalisvoolumootorite jõudlus mitmete parameetrite poolest parem kui kollektormootoritel.
Aga kui millestki on kasu, siis mõnes asjas tuleb kahju. See on universumi vaieldamatu seadus. Nii et antud juhul: üleoleku annab üsna keeruline ja kapriisne tehnika, mis sageli ebaõnnestub. Kogenud spetsialistide sõnul on inverter-tüüpi alalisvoolumootorite remont üsna keeruline. Mõnikord ei suuda isegi kogenud elektrikud süsteemi talitlushäireid diagnoosida.
Unipolaarsete alalisvoolumootorite omadused
Tööpõhimõte jääb samaks ja põhineb juhi magnetväljade vastasmõjul voolu ja magnetiga. Kuid voolujuht pole juhe, vaid teljel pöörlev ketas. Voolu tarnimine toimub järgmiselt: üks kontakt sulgub metallteljel ja teine ühendab nn harja kaudu metallringi serva. Selline mootor, nagu näha, on üsna keerulise konstruktsiooniga ja seetõttu sageli ebaõnnestub. Peamine rakendus on teaduslikud uuringud elektri ja elektriajami füüsika alal.
Universaalsete kommutaatormootorite omadused
Põhimõtteliselt ei kanna seda tüüpi mootor midagi uut. Kuid sellel on väga oluline omadus - võime töötada nagualalisvooluvõrgust ja vahelduvvooluvõrgust. Mõnikord võib see omadus säästa märkimisväärselt raha seadmete remondiks ja moderniseerimiseks.
Vahelduvvoolu sagedus on rangelt reguleeritud ja on 50 hertsi. Teisisõnu muutub negatiivselt laetud osakeste liikumissuund 50 korda sekundis. Mõned arvavad ekslikult, et ka elektrimootori rootor peab muutma pöörlemissuunda (päripäeva - vastupäeva) 50 korda sekundis. Kui see oleks tõsi, ei tuleks vahelduvvoolu elektrimootorite kasulik rakendus kõne allagi. Mis juhtub tegelikkuses: armatuuri ja staatori mähiste vool sünkroniseeritakse kõige lihtsamate kondensaatorite abil. Ja seetõttu, kui armatuuri raami voolu suund muutub, muutub ka selle suund staatoril. Seega pöörleb rootor pidev alt ühes suunas.
Kahjuks on seda tüüpi alalisvoolumootorite efektiivsus palju madalam kui inverter- ja unipolaarsetel mootoritel. Seetõttu on selle kasutamine piiratud üsna kitsaste valdkondadega – kus on vaja iga hinna eest saavutada maksimaalne töökindlus, ilma tegevuskulusid arvestamata (näiteks sõjatehnika).
Lõppklauslid
Tehnoloogia ei seisa paigal ning tänapäeval konkureerivad paljud teaduskoolid üle maailma üksteisega ning püüavad luua odavat ja ökonoomset, suure tõhususe ja jõudlusega mootorit. Alalisvoolu elektrimootorite võimsus kasvab aasta-aast alt, samas kui nendeenergiatarve.
Teadlased ennustavad, et tuleviku määravad elektriseadmed ja naftaajastu saab üsna pea otsa.
