Какие интересные устройства можно создать из простых электромоторчиков. Как работают миниатюрные электродвигатели. Где используются маленькие моторчики в современной технике и науке. Почему электромоторчики так важны для развития робототехники и нанотехнологий.
Принцип работы электромоторчика
Электромоторчик — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическое движение. Его основные компоненты:
- Статор — неподвижная часть с постоянными магнитами
- Ротор — вращающаяся часть с электромагнитными обмотками
- Щетки — передают ток на обмотки ротора
- Коллектор — переключает направление тока в обмотках
При подаче напряжения на щетки ток проходит через обмотки ротора, создавая электромагнитное поле. Оно взаимодействует с полем постоянных магнитов статора, вызывая вращение ротора. Коллектор обеспечивает постоянное изменение направления тока, поддерживая вращение.
Виды миниатюрных электродвигателей
Существует несколько основных типов маленьких электромоторчиков:
- Коллекторные DC-моторы — классическая конструкция с щетками и коллектором
- Бесколлекторные DC-моторы — без щеток, с электронной коммутацией
- Шаговые двигатели — точное позиционирование ротора
- Сервоприводы — с обратной связью по положению
- Вибромоторы — создают вибрацию за счет дисбаланса ротора
Выбор типа зависит от конкретного применения и требуемых характеристик.
Применение электромоторчиков в игрушках
Миниатюрные электродвигатели широко используются в детских игрушках:
- Радиоуправляемые модели (машинки, самолеты, катера)
- Интерактивные роботы и животные
- Заводные игрушки
- Вибрирующие игрушки
- Механические конструкторы
Моторчики обеспечивают движение, вибрацию и другие эффекты, делая игрушки более привлекательными и интересными для детей. Они развивают технические навыки и творческое мышление.
Самоделки с использованием электромоторчиков
Из простых электромоторчиков можно сделать множество интересных самоделок:
- Миниатюрные вентиляторы
- Простейшие роботы
- Модели техники (машинки, вертолеты)
- Генераторы электричества
- Миксеры и мешалки
- Вибромассажеры
Такие проекты позволяют изучить принципы работы электродвигателей на практике и развить инженерные навыки. Это отличный способ увлечь детей техническим творчеством.
Применение в бытовой технике
Маленькие электромоторчики встречаются во многих бытовых приборах:
- Электрические зубные щетки
- Бритвы
- Фены
- Кухонные комбайны
- Жесткие диски компьютеров
- CD/DVD приводы
- Автомобильные стеклоподъемники
Они обеспечивают компактность, низкое энергопотребление и точное управление в современной бытовой технике. Без миниатюрных электродвигателей многие привычные устройства были бы невозможны.
Использование в медицинской технике
В медицине электромоторчики нашли применение в различных приборах и инструментах:
- Инсулиновые помпы
- Имплантируемые кардиостимуляторы
- Хирургические микроинструменты
- Дозаторы лекарств
- Аппараты ИВЛ
- Стоматологические бормашины
Миниатюрные размеры и высокая точность электромоторчиков позволяют создавать сложные медицинские устройства, спасающие жизни пациентов. Развитие этой области открывает новые возможности в медицине.
Применение в робототехнике
Электромоторчики играют ключевую роль в робототехнике, обеспечивая движение роботов:
- Приводы конечностей и суставов
- Колесные и гусеничные приводы
- Захваты манипуляторов
- Поворотные механизмы камер и сенсоров
- Микророботы для исследований
Современные роботы используют десятки и сотни миниатюрных моторчиков для сложных движений. Развитие электроприводов напрямую влияет на возможности робототехники.
Использование в аэрокосмической отрасли
В авиации и космонавтике электромоторчики применяются для различных задач:
- Управление аэродинамическими поверхностями
- Приводы антенн и солнечных батарей
- Системы жизнеобеспечения космических аппаратов
- Роботизированные манипуляторы
- Научное оборудование
Надежность, малый вес и низкое энергопотребление делают электромоторчики незаменимыми в аэрокосмической технике. Они работают в экстремальных условиях космоса.
Применение в нанотехнологиях
Развитие нанотехнологий привело к созданию молекулярных моторов — мельчайших электромеханических устройств:
- Наноманипуляторы
- Молекулярные насосы
- Наноактюаторы
- Датчики наноперемещений
- Молекулярные переключатели
Такие наномоторы могут совершать механическую работу на уровне отдельных молекул. Это открывает перспективы создания нанороботов и новых материалов с уникальными свойствами.
Перспективы развития электромоторчиков
Основные направления совершенствования миниатюрных электродвигателей:
- Повышение КПД и удельной мощности
- Уменьшение размеров до нанометрового масштаба
- Создание «умных» моторов с интегрированным управлением
- Разработка новых материалов для магнитов и обмоток
- Интеграция с микроэлектромеханическими системами (MEMS)
Развитие электромоторчиков позволит создавать более совершенных роботов, медицинские микроустройства и другие инновационные технологии. Это одно из ключевых направлений современной науки и техники.
Простейший инвертор из моторчика без транзисторов. Как и что можно сделать из моторчика от игрушки или бытовой техники Что сделать из моторчика от машинки
Разные моторы имеют разное количество оборотов на Вольт и поэтому, их лучше подбирать под конкретную игрушку или конкретное использование – те которые подходят для использования в качестве двигателя на колесо, не подойдут для использования с воздушным винтом и наоборот!
Первым идет небольшой двигатель диаметром 2.4 см, он отлично подходит для использования в самодельных игрушках для вращения колес.
Купить электродвигатель можно .
Вот пример изготовления самодельного трицикла на таком двигателе.
Второй вариант более высокооборотистый и рассчитан на использование пропеллера в качестве движетеля.
Купить электродвигатель с воздушным винтом можно .
Вот пример изготовления аэроглисера на таком электромоторе с пропеллером.
Как видите – сделать такой простой аэроглиссер можно за 20-30 минут.
Третий моторчик оснащен редуктором и его можно использовать для механизации игрушек с большими колесами.
Купить электродвигатель с редуктором на колесо можно .
Понижающий редуктор выполнен из металла, он увеличивает мощность крутящего момента на валу и позволяет устанавливать этот электродвигатель напрямую на колесо игрушки.
Электрофицированная игрушка станет неспешной, но, сможет перевозить достаточно тяжелые грузы и взбираться с ними в горки.
Набор из 5 небольших электродвигателей.
Купить набор электродвигателей можно .
Покупая 5 штук за раз – получается весьма хорошая экономия.
Вот пример использования таких двигателей для изготовление простой машинки с электромоторчиком.
Электродвигатель с редуктором и пропеллером
Купить электродвигатель с редуктором и пропеллером можно .
Легкий вес и достаточная тяга – так можно охарактеризовать этот набор из двигателя, редуктора и пары пропеллеров.
Этот комплект отлично подойдет для аэроботов, катеров с воздушной тягой и летающих самолетов.
Выбирайте электродвигатель под свои самоделки и делайте их вместе с ребенком!
Анна комментирует:
Здравствуйте! Натолкнулась на ваш сайт в поисках необходимого механизма, для приведения в движение нашей задумки! на какой адрес электронной почты вам можно отправить наш макет, что бы посмотрели и сказали, какой моторчик нужен для «оживления отдельных частей нашей модели! Заранее большое спасибо!
Это видео для всех начинающих радиолюбителей экспериментаторов, которые хотели бы изготовить простой мини моторчик из доступных радиодеталей. Очень хороший способ, чтобы занять своего ребенка и приучить его к техническим знаниям. Будьте уверены, что ваш ребёнок проявит свои знания на уроках физики в школе.
Соберем простейший электромоторчик
Повторим старый школьный эксперимент. Что необходимо приготовить для самоделки:
Батарейка 2a.
Эмалированный провод сечением 0,5 мм. Магнит. Две булавки, канцелярский скотч, пластилин. Инструмент. Для начала сделаем катушка. Наматываем ее из эмалированного провода. Делаем 6-7 витков вокруг батарейки. Концы провода фиксируем узелками. Теперь нужно правильно зачистить лак на катушке. Это важный момент -от правильности выполнения зависит работоспособность двигателя. Один конец полностью очищаем от изоляции. Другой – с одной стороны. Эта сторона должна совпадать с нижней частью катушки.
Фиксируем булавки на батарейке скотчем. Проверяем контакты тестером. Устанавливаем магнит. В данном случае слабенький. Поэтому приходится приподнять его ближе к катушке. Крепим конструкцию на столе пластилином. Нужно правильно поставить катушку. Когда оно установлена, зачищенные конце должны касаться булавки.
Принцип действия простейшего микро мотора
В катушке возникает магнитное поле. Получается электромагнит. Полюса постоянного магнита и катушки должны быть одинаковыми. То есть, они должны отталкиваться.
Сила отталкивания проворачивает катушку. Один из концов теряет контакт и магнитное поле исчезает. По инерции катушка проворачивается. Снова появляется контакт и цикл повторяется.
Если магниты притягиваются, движок крутится не будет. Поэтому один из магнитов нужно будет перевернуть.
Запускаем моторчик. Можем немного придать практичности этому изделию. Прикрепим гипнотическая спираль на один конец катушки. Завораживает! Можно сделать знаменитой тауматроп с птичкой в клетке.
Канал “OlO”
Более продвинутый самодельный движок для изучения электромагнитных явлений
Видео “99%DIY”.
Нам понадобится винная пробка. Первым делом по центру проделываем отверстие. С двух сторон вырезаем небольшие плоскости. Вязальную спицу устанавливаем в отверстие. Фиксируем с помощью суперклея. На спицу наматываем изоленту. Два отрезка медной проволоки устанавливаем внутри пробки.
Понадобится для создания мини моторчика изолированная тонкая медная проволока.
Мастер использовал длиной 5 м и диаметром 0,4 мм. Наматываем в 1-ом направлении на ротора двигателя. С выводов обмотки снимаем изоляцию. Подключаем провода к контактам. Фиксируем обмотку с помощью суперклея. Придаем контактам следующую форму. Ротор двигателя готов.
Теперь изготовим корпус. Для этого потребуется деревянное основание и два небольших бруска, в которых проделываем отверстия. Бруски и приклеиваем на основание. Устанавливаем ротор двигателя.
Из двух отрезков медной проволоки сделаем щётки мини моторчика.
Зачем понадобится два магнита. Приклеиваем на небольшие деревянные брусочки. Заготовки приклеиваем на основании, оставляя минимальный зазор между магнитами и обмоткой. Электродвигатель готов. А теперь переходим к тестированию.
Как можно заметить на снятом ролике, этот миниатюрный движок немало люфтит и не обладают большой мощностью. Но это не важно для такой самоделки, она предназначена для изучения электромагнитных явлений, которые проходят в школе зачастую поверхностно, без применения специальных опытов.
Невозможно изучить предмет без наглядных и практических действий, особенно, когда вопрос касается электричество. Здесь воображение слабый помощник.
Однако, как вы могли заметить также, можно присоединить к валу моторчика какой-то привод. К примеру, вентилятор будет работать. Когда вы освоили этот видео урок, можно приступать к более продвинутым мотором. Для снижения трения используйте подшипники. Тогда коэффициент полезного действия устройства, созданного своими руками сможет поспорить с промышленными изделиями такого рода.
Кто бы мог подумать, что простейший инвертор можно сделать без применения транзисторов, микросхем и сложных схем. В прошлый раз я показывал . Как оказалось это не единственный способ построить инвертор. Я покажу как можно преобразовать электрическую энергию с постоянного напряжения 12 В до 220 В переменного тока.
Что понадобится?
Повышающий трансформатор. Естественно, раньше он работал как понижающий, но мы будем использовать его наоборот.
Такие трансформаторы можно найти в приемниках, электронных часах, старых магнитофонах.Сборка инвертора
Фактически наша схема состоит всего из трех частей включенных последовательно друг другу. Это трансформатор, включенный в цепь низкоомной обмоткой (высокоомная обмотка — это выход инвертора). Элементы питания — аккумуляторы или батареи. И коммутирующий элемент, в роли которого будет использован электрический моторчик, который можно вынуть из сломанных детский игрушек.Вот сам моторчик. Просто так его в цепь не вставить — он не будет производить коммутацию. Нам его необходимо доработать.
Для этого разбираем моторчик.
Снимаем заднюю чать, перед этим отогнув держатели.
Нужно доработать якорь. Заключается это в том, чтобы отключить одну обмотку от контактов. Для этого обрываем проволочки одной любой обмотки.
Собираем мотор.
После такой доработки мотор не сможет полноценно крутиться, так как одна обмотка будет выключена.
Но если его запускать рукой, то мотору хватает мощности чтобы поддерживать вращение. А отсутствие одной обмотки будет периодически разрывать цепь питания между элементами питания и трансформатором, куда последовательно и включен моторчик.Включаем в цепь.
К выходу трансформатора подключаем мультиметр. Затем включаем питание. Бывает, что моторчик сам запускается, но обычно нет. Тогда запускаем вал рукой, легонько его крутнув.
Инвертор работает! Показания мультиметра прыгают от нуля и примерно до 250 В. Это нормально, так как это технический инвертор для питания примитивных устройств.
Пробуем подключить зарядное устройство. Все отлично работает — телефон заряжается.
Подключаем лампочку — лампа светит.
Конечно, о качестве преобразуемой энергии говорить не приходиться, но в сложных жизненных ситуациях такая поделка вполне может и пригодиться.
В этом материале представим вашему вниманию обзор видеоролика по изготовлению машинки с моторчиком.
Итак, нам понадобится:
— моторчик 3-вольтовый от кассетного плеера;
— 3 пальчиковые батарейки;
— металлическая шайба;
— изолента;
— игрушечная машинка.
В самом начале отметим, что автор советует использовать машинку, в которой присутствует механизм, двигающий ее вперед после откатывания назад.
Разбираем машинку, и вырезаем упомянутый выше механизм.
Вытаскиваем из механизма шестеренку и приклеиваем ее к моторчику клеевым пистолетом.
На вале должна присутствовать еще одна шестеренка малого размера. Моторчик нужно приклеить так, чтобы большая шестеренка прикасалась маленькой.
Соединяем 3 батарейки последовательно, чтобы минус средней батарейки был соединен к плюсам крайних. Соединять контакты можно при помощи металлических шайб. Между собой батарейки могут быть соединены изолентой.
Собираем корпус машинки, не забыв вывести провода, идущие от моторчика.
Соединяем минусовой провод от моторчика к минусу на крайней батарейке.
Далее берем еще один провод и соединяем его к плюсовому контакту второй крайней батарейки.
Устанавливаем блок из батареек на крышу машинки.
Для того, чтобы моторчик заработал, и машинка стала двигаться, нужно сомкнуть плюсовой провод, идущий от моторчика с проводом, который подключили к плюсовому контакту батарейки.
Ремонт электромоторчиков для игрушек. Как починить электрический мини моторчик. « ЭлектроХобби
Ремонт электромоторчиков для игрушек. Как починить электрический мини моторчик. « ЭлектроХоббиБлог Монтаж Ремонт Обслужив.
Видео по этой теме:
Нередко случается так, что игрушка, моделька, которая работает от электрического моторчика ломается, и неисправным оказывается именно электромоторчик. Что делать если такое случилось, как подчинить маленький электродвигатель самому? Задача это в принципе не сложная.
Обычно ломаются в таких двигателях наиболее уязвимые части. Давайте же в этой статье посмотрим, какими бывают основные неисправности в этих мини электрических моторах, и что делать при обнаружении той или иной поломки, дефекта.
Итак, ремонт электромоторчиков для игрушек начинается с нахождение конкретной неисправности. Самой распространённой поломкой таких моторов является место контакта щеток и контактного барабана ротора (движущейся части электродвигателя). Именно эти самые щётки со временем стираются, подгибаются, отходят на некоторое расстояние (не доставая до ротора мини моторчика). После снятие крышки у электромотора сначала смотрим на состояние этих щёток (в моторчиках для игрушек они сделаны из металла, реже из графита). Если видим, что явно с этими щетками что-то не в порядке, исправляем дефект.
Также электромоторчик для игрушек может не работать если его контакты на контактном барабане ротора сильно сместились со своего нормального (ровного, равноудаленного) положения.
Бывает даже, что они касаются друг друга, чего точно не должно быть (происходит замыкание обмоток электрического моторчика на роторе). Если это произошло, аккуратно подгибаем контакты на свое нормальное положение. Может быть так, что между этими контактами попался мусор, проводящий ток (маленький кусочек провода, металлическая стружка, притянутая постоянным магнитом и т.д.). Опять же будет короткое замыкание обмоток электромоторчика, что спровоцирует его неисправность. Если нашли мусор, удаляем его.
Менее распространенной, но всё же также встречаемой неисправностью бывает случаи, когда постоянный магнит (что стоит на статоре электромоторчика по сторонам, внутри) смещается относительно своего нормального положения. Это приводит к заклиниванию ротора электрического моторчика. Естественно нужно просто вытащить магнит и снова ровно поставить его на то место, где он должен быть. Такое встречается с новыми Китайскими моторчиками, поскольку в них постоянные магниты крепятся специальной пружиной, что при сильном ударе двигателя может просто вызвать смещение магнитов.
При ремонте электромоторчиков вы также можете обнаружить, что между щетками электродвигателя для игрушек и самыми выходными контактами (что выходят наружу мотора) нет электрического контакта. Он может быть прерван на крышке (внутри), на которой крепятся щетки и контакты. Сначала для уверенности прозвоните тестером, и убедитесь, что контакта нет, а после уже принимайте меры по устранению этого дефекта.
P.S. Ну и совсем редко бывает так, что произошел обрыв самих обмоток на роторе моторчика. Либо по причине плохого качества изоляции медного провода, что намотан на роторе, было вызвано межвитковое короткое замыкание. Тут уж найти такую неисправность будет посложней. Для этого осторожно отпаяйте проводки на роторе (чтобы они были каждый сам по себе и отвечали только за свою обмотку) и мультиметром проверьте сопротивление этих обмоток. Если увидите, что оно не равно между собой, то попробуйте перемотать эту/эти обмотки.
Поиск по сайту
Меню разделов
Крошечный двигатель однажды сможет привести к инновациям в материаловедении и медицине — ScienceDaily
Электромобили, приводимые в действие макроскопическими электродвигателями, все чаще встречаются на наших улицах и автомагистралях.
Эти тихие и экологически чистые машины появились почти 200 лет назад, когда физики сделали первые крошечные шаги, чтобы создать в мире электродвигатели.
Теперь междисциплинарная группа под руководством Северо-Западного университета создала электродвигатель, который невозможно увидеть невооруженным глазом: электродвигатель молекулярного масштаба.
Эта ранняя работа — двигатель, который может преобразовывать электрическую энергию в однонаправленное движение на молекулярном уровне — имеет значение для материаловедения и, в частности, медицины, где электрический молекулярный двигатель может объединиться с биомолекулярными двигателями в человеческом теле.
«Мы вывели молекулярные нанотехнологии на новый уровень», — сказал сэр Фрейзер Стоддарт из Northwestern, получивший Нобелевскую премию по химии 2016 года за свою работу по разработке и синтезу молекулярных машин. «Эта элегантная химия использует электроны для эффективного управления молекулярным двигателем, очень похожим на макроскопический двигатель.
Хотя эта область химии находится в зачаточном состоянии, я предсказываю, что однажды эти крошечные двигатели будут иметь огромное значение в медицине».
Стоддарт, профессор химии Колледжа искусств и наук им. Вайнберга, является соавтором исследования. Исследование проводилось в тесном сотрудничестве с Дином Астумианом, теоретиком молекулярных машин и профессором Университета штата Мэн, и Уильямом Годдардом, химиком-вычислителем и профессором Калифорнийского технологического института. Лун Чжан, научный сотрудник лаборатории Стоддарта, является первым автором статьи и соавтором-корреспондентом.
«Мы вывели молекулярные нанотехнологии на новый уровень.» — Сэр Фрейзер Стоддарт, химик
Молекулярный двигатель шириной всего 2 нанометра является первым, который производится массово и в изобилии. Двигатель прост в изготовлении, работает быстро и не производит отходов.
Исследование и соответствующая сводка новостей были опубликованы сегодня (11 января) в журнале Nature.
Исследовательская группа сосредоточилась на определенном типе молекулы с взаимосвязанными кольцами, известными как катенаны, удерживаемые мощными механическими связями, чтобы компоненты могли свободно перемещаться относительно друг друга, не распадаясь. (Десятилетия назад Стоддарт сыграл ключевую роль в создании механической связи, нового типа химической связи, которая привела к созданию молекулярных машин.)
В частности, электрический молекулярный двигатель основан на [3]катенане, компоненты которого — петля, сцепленная с двумя одинаковыми кольцами — окислительно-восстановительны, т. е. совершают однонаправленное движение в ответ на изменения потенциала напряжения. Исследователи обнаружили, что для достижения этого однонаправленного движения необходимы два кольца. Эксперименты показали, что [2]катенан, у которого одна петля соединена с одним кольцом, не работает как двигатель.
Синтез и работа молекул, выполняющих функцию двигателя — преобразование внешней энергии в направленное движение — уже некоторое время ставит перед учеными в области химии, физики и молекулярной нанотехнологии задачу.
Чтобы совершить прорыв, Стоддарт, Чжан и их команда из Северо-Запада потратили более четырех лет на разработку и синтез своего электрического молекулярного двигателя. Это включало год работы с Астумианом из UMaine и Годдардом из Калифорнийского технологического института, чтобы завершить квантово-механические расчеты, чтобы объяснить рабочий механизм двигателя.
«Управление относительным перемещением компонентов на молекулярном уровне — сложная задача, поэтому сотрудничество было крайне важно», — сказал Чжан. «Работа с экспертами в области синтеза, измерений, вычислительной химии и теории позволила нам разработать электрический молекулярный двигатель, работающий в растворе».
Сообщалось о нескольких примерах одномолекулярных электродвигателей, но они требуют жестких условий эксплуатации, таких как использование сверхвысокого вакуума, а также производят отходы.
Следующие шаги для их электрического молекулярного двигателя, по словам исследователей, заключаются в том, чтобы прикрепить многие из двигателей к поверхности электрода, чтобы воздействовать на поверхность и, в конечном итоге, выполнять некоторую полезную работу.
«Достижение, о котором мы сегодня сообщаем, является свидетельством творчества и продуктивности наших молодых ученых, а также их готовности идти на риск», — сказал Стоддарт. «Эта работа приносит мне и команде огромное удовлетворение».
Стоддарт является членом Международного института нанотехнологий и Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета.
Электродвигатель
Электродвигатели повсюду в нашей повседневной жизни. Вы можете использовать его для питания зубной щетки или охлаждения компьютера. В некоторых автомобилях они даже запускают двигатель! Удивительно, что они могут преобразовывать электрическую энергию в механическую с помощью всего одной движущейся части. Эта статья научит вас основам работы электродвигателей, включая их компоненты, различные типы и способы их использования. Итак, давайте погрузимся и узнаем больше об увлекательном мире электродвигателей! Не упустите эти важные знания, если хотите понять технологии, которые окружают нас каждый день.
Электродвигатель Определение
Проще говоря, электрический двигатель работает путем преобразования электрической энергии в механическую. Это осуществляется за счет взаимодействия стационарного магнитного статора и электромагнитного ротора в двигателях постоянного тока. Когда провод, по которому течет электрический ток, помещается в магнитное поле, он создает силу, известную как моторный эффект. Сила зависит от силы магнитного поля, длины провода и силы тока, проходящего через него. Двигательный эффект наиболее силен, когда провод и магнитное поле находятся на 9под углом 0° друг к другу, и он уменьшается до нуля, когда они параллельны. Это основной принцип работы электродвигателя.
Схема моторного эффекта, показывающая взаимодействие провода с током с магнитным полем, создающим силу на проводе. (Справа) Левосторонний инструмент Флеминга – метод определения направления силы на проводе
– сила в ньютонах
– плотность магнитного потока в теслах
– сила тока в амперах
— длина проводника в метрах.
Правило левой руки Флеминга — это удобный трюк для определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Просто держите левую руку большим, указательным и средним пальцами под прямым углом друг к другу. Затем укажите указательным пальцем в направлении магнитного поля, а средним пальцем — в направлении тока. Затем ваш большой палец будет указывать в направлении силы, действующей на провод.
Электродвигатели бывают двух основных типов: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. Существует множество различных конструкций для каждого типа, в зависимости от конкретного применения.
Двигатели постоянного тока Простейшая форма двигателя постоянного тока состоит из стационарного магнитного поля и проводящей катушки, соединенной с коммутатором с разъемным кольцом, который подключается к источнику постоянного тока через щетки. На приведенной ниже диаграмме показан двигатель этого типа в исходном положении.
Двигатель постоянного тока работает, подавая напряжение на щетки, которое передает напряжение на катушку через коммутатор с разрезным кольцом. Катушка с током находится в магнитном поле, которое создает вращающую силу на катушке. Коммутатор с разъемным кольцом используется для переключения направления тока в катушке с той же скоростью, что и двигатель. Чтобы увеличить мощность двигателя постоянного тока, можно увеличить силу магнитного поля, добавить в катушку больше витков или использовать в катушке больший ток. Более совершенным типом двигателя постоянного тока является бесщеточный двигатель, в котором используется полупроводниковый контроллер для изменения полярности напряжения питания постоянного тока. Это обеспечивает лучшую производительность и повышенную надежность, поскольку щетки в щеточных двигателях часто изнашиваются и требуют замены.
Двигатели переменного тока работают по тому же принципу, что и двигатели постоянного тока, но с некоторыми ключевыми отличиями. Как правило, обмотки катушки образуют статор (неподвижную часть) двигателя, а ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. В двигателе переменного тока переменный ток (AC) подается на обмотки катушки статора, создавая переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле используется для создания вращающей силы на роторе, вращая двигатель. Коммутатор с разъемным кольцом больше не нужен, так как направление тока меняется на противоположное при подаче переменного тока.
Двигатель переменного тока работает по принципу электромагнитной индукции. Когда переменный ток подается на обмотки статора, переменное магнитное поле, создаваемое током, индуцирует напряжение в обмотках ротора. Затем это напряжение создает ток в обмотках ротора, создавая магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора, создавая крутящий момент, вращающий ротор.
Двигатель переменного тока также имеет ряд преимуществ по сравнению с двигателями постоянного тока. Например, двигатели переменного тока более эффективны и могут производить больше энергии, чем двигатели постоянного тока. Кроме того, двигатели переменного тока можно использовать в приложениях, где необходимо контролировать скорость двигателя, например, в электромобилях.
Синусоидальное изменение напряжения в сети переменного тока. (Внизу) — Соответствующая напряженность и направление магнитного поля, создаваемого электромагнитом с переменным напряжением
Функции электродвигателя
Электрические двигатели широко используются в нашей повседневной жизни, приводя в действие устройства, которые мы используем каждый день. Двигатели постоянного тока обычно используются в бытовых устройствах с батарейным питанием, таких как электрические зубные щетки, автомобили с дистанционным управлением и дрели с батарейным питанием, а двигатели используются в устройствах с питанием от сети, таких как вытяжные вентиляторы, пылесосы и стиральные машины.
Выбор типа двигателя часто определяется источником питания, поскольку более эффективно и экономично использовать двигатель переменного тока в устройстве с питанием от сети и двигатель постоянного тока в устройстве с питанием от батареи, чтобы избежать необходимости преобразования мощности. запасы.
Расчет мощности электродвигателя
При расчете мощности электродвигателя необходимо учитывать две переменные: выходную мощность и входную мощность.
Выходная мощность электродвигателяОтличный экспериментальный проект для измерения выходной механической мощности двигателя! Как вы упомянули, механическая мощность двигателя — это выходная мощность двигателя, и ее можно рассчитать, разделив объем полезной работы на время, затраченное на выполнение работы. 92).
Зная силу, необходимую для подъема массы, мы можем рассчитать работу, совершаемую двигателем для подъема массы на определенное расстояние (d), используя уравнение:
Работа = Сила x Расстояние
совершённую работу, можно найти механическую мощность двигателя, разделив совершённую работу на время, затраченное на её выполнение.
Механическая мощность = Проделанная работа / Затраченное время
Измерив время, необходимое для подъема груза, и рассчитав проделанную работу, мы можем определить выходную механическую мощность двигателя. Эта информация полезна при определении эффективности двигателя, а также при выборе и проектировании двигателей для различных применений.
Потребляемая мощность электродвигателяПотребляемая мощность электродвигателя может быть найдена с использованием общего уравнения электрической мощности. Обратите внимание, что это можно сделать, потому что входная мощность электродвигателя представляет собой электрическую мощность.
Эффективность электродвигателя
Отличный пример! Давайте используем данную информацию для расчета входной мощности, выходной мощности и эффективности двигателя при подъеме веса.
Мы знаем, что для подъема груза (массы) массой 10 кг на высоту 2 м требуется 192).
Мы также знаем, что двигатель потребляет 2 А тока при 120 В в течение 10 секунд, чтобы поднять груз.
Используя закон Ома (V = IR), мы можем рассчитать сопротивление двигателя как:
R = V / I = 120 В / 2 A = 60 Ом
Входная мощность двигателя определяется как:
P_input = VI = (120 В)(2 А) = 240 Вт
Выходная мощность двигателя определяется по формуле:
P_output = Вт / t = 196 Дж / 10 с = 19,6 Вт
КПД двигателя равен предоставлено:
Эффективность = P_выход / P_вход x 100%
Эффективность = 19,6 Вт / 240 Вт x 100% = 8,17%
Итак, входная мощность двигателя составляет 240 Вт, выходная мощность составляет 19,6 Вт, а КПД двигателя составляет 8,17%. Это означает, что только около 8% подводимой электрической энергии преобразуется в полезную механическую работу, а остальная часть теряется в виде тепла из-за сопротивления проволочных катушек и трения между движущимися и неподвижными компонентами.
Электродвигатели. Основные выводы Электродвигатели работают благодаря явлению, называемому моторным эффектом. Двигательный эффект — это сила, действующая на проводник с током, когда он проходит через магнитное поле.
Силу силы можно увеличить, увеличив либо напряженность магнитного поля, ток в проводе, либо длину провода в магнитном поле. В двигателе постоянного тока используется коммутатор с разъемным кольцом для изменения направления тока в проволочной катушке каждые пол-оборота. Это гарантирует, что сила, действующая на проволочную катушку, всегда продолжает ускорять вращение катушки и раскручивать двигатель. Двигатель переменного тока также использует эффект двигателя для вращения, но использует источник питания переменного тока для изменения направления тока вместо коммутатора с разъемным кольцом. Обычно двигатели переменного тока имеют обмотку катушки в статоре и ротор с постоянным магнитом или электромагнитом. КПД электродвигателя можно рассчитать, измерив, сколько входной энергии необходимо для выполнения известного объема работы.
Электродвигатель
Как рассчитать мощность электродвигателя?
Мощность электродвигателя можно рассчитать путем измерения времени, необходимого для выполнения известного количества работы.
Например, чтобы поднять груз массой 5 Н на 1 м, требуется 5 Дж работы. Если двигатель выполняет эту работу за 2 секунды, выходная мощность может быть рассчитана как 5 Дж / 2S = 2,5 Вт. В качестве альтернативы, если можно измерить крутящий момент на выходном валу и скорость вращения, механическая мощность также может быть рассчитана как: Мощность = крутящий момент x скорость вращения, где крутящий момент измеряется в Нм, а скорость вращения — в радианах в секунду.
Какая наука стоит за электродвигателями?
Электродвигатели используют эффект двигателя, который создает силу на проводе с током в магнитном поле. В двигателе постоянного тока используется катушка провода, так что каждая сторона испытывает силу противоположного направления в магнитном поле, заставляя катушку вращаться. Каждые пол-оборота коммутатор с разъемным кольцом меняет полярность напряжения на катушке, изменяя направление тока. Правило левой руки Флеминга показывает, что это меняет направление сил на катушку, гарантируя, что она продолжает вращаться с ускорением.
Щетки используются для передачи питания постоянного тока на вращающийся коммутатор с разъемным кольцом.
Что такое электродвигатель и его КПД?
Электродвигатель представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее входную электрическую мощность в выходную механическую мощность. Чтобы рассчитать эффективность, доля входной энергии, которая преобразуется в полезную выходную работу, должна быть рассчитана с использованием следующего уравнения: Эффективность = (Полезная выходная мощность) / (Входная мощность), что также может быть представлено как: Эффективность = (Полезная механическая мощность) / (Электроэнергия)
Как работает электродвигатель?
Электродвигатели используют эффект двигателя, который создает силу на проводе с током в магнитном поле. В двигателе постоянного тока используется катушка провода, так что каждая сторона испытывает силу противоположного направления в магнитном поле, заставляя катушку вращаться.
