Фізіка. 10 клас

Існуе шмат розных тыпаў электрычных рухавікоў. Мы разгледзім самы просты электрычны рухавік пастаяннага току, работа якога заснавана на асноўных законах электрамагнетызму.

Электрычны рухавік пастаяннага току — электрычная машына, якая пераўтварае электрычную энергію пастаяннага току ў механічную энергію (мал. 188.4).

Асноўнымі часткамі, неабходнымі для работа любой электрычнай машыны пастаяннага току, з'яўляюцца (мал. 188.5):

– індуктар — пастаянны магніт або электрамагніт, які стварае магнітнае поле (у тэхнічных электрычных машынах у якасці індуктара, які стварае магнітнае поле, амаль заўсёды выкарыстоўваюць электрамагніты);

– якар — абмотка, у якой пры змяненні магнітнага патоку ўзнікае ЭРС індукцыі. Для таго каб атрымліваць вялікія магнітныя палі там, дзе знаходзяцца абмоткі якара, яго забяспечваюць жалезным асяродкам. Канцы гэтага асяродка маюць такую форму, каб паміж полюсамі магніта і асяродкам заставаўся толькі невялікі зазор, неабходны для кручэння;

– калектар і кантактныя пласцінкі, што слізгаюць па ім, — электрычныя шчоткі, пры дапамозе якіх ажыццяўляецца злучэнне абмоткі якара з крыніцай току.

Рухомую частку электрычнай машыны (якар) называюць ротарам, а яе нерухомую частку (індуктар) — статарам.

Калі падключыць да заціскаў электрычнай машыны крыніцу току і прапусціць ток ад гэтай крыніцы праз статар і ротар, то ўзаемадзеянне іх магнітных палёў створыць круцільны момант, які прыводзіць у рух ротар. Такім чынам, электрычная энергія, пададзеная на заціскі электрычнай машыны, ператвараецца ў механічную энергію кручэння. Электрычная машына ў гэтым выпадку працуе як электрычны рухавік. Злучыўшы вал ротара з нагрузкай, напрыклад з грузападымальнікам, мы можам прывесці гэты грузападымальнік у рух.

Высветлім паходжанне сіл, што ствараюць круцільны момант, які дзейнічае на якар электрарухавіка. Пасля падключэння шчотак да крыніцы пастаяннага напружання па абмотцы якара праходзіць электрычны ток. На праваднікі абмоткі з боку магнітнага поля індуктара дзейнічаюць сілы Ампера, перпендыкулярныя да напрамкаў току і індукцыі магнітнага поля.

На малюнку 188.6 паказаны сілы Ампера, што дзейнічаюць на асобныя праваднікі абмоткі, плоскасць якой размешчана пад некаторым вуглом да напрамку індукцыі магнітнага поля. Выкарыстаўшы правіла левай рукі, можна пераканацца, што сілы Ампера  і , якія дзейнічаюць на праваднікі АK, ED і ВС, паралельныя восі кручэння ОО'. Значыць, яны не ствараюць круцільнага моманту якара. Сілы Ампера  і , якія дзейнічаюць на праваднікі АВ і СD, перпендыкулярныя восі ОО' і ствараюць круцільны момант. Якар пачынае круціцца і тым самым прыводзіць у вярчэнне адпаведныя дэталі тэхнічных устройстваў (тралейбусаў, трамваяў, электрычных бытавых прыбораў і інш.).

Асноўнай рабочай характарыстыкай электрарухавіка пастаяннага току з'яўляецца круцільны момант М_кр = 2FrN, які ствараецца сіламі Ампера. Тут r — радыус ротара, N — колькасць віткоў у абмотцы. Паколькі максімальнае значэнне сілы Ампера F_maх = BIl, то круцільны момант, які дзейнічае на рамку з токам,

М_кр = 2BIlrN,

дзе I — сіла току ў абмотцы, B — індукцыя магнітнага поля, l — даўжыня правадніка. Паколькі плошча рамкі S = 2lr, а ВS = Ф_maх — максімальны магнітны паток праз рамку, то круцільны момант на вале рухавіка можна вызначыць па формуле

М_кр = NIФ_maх.

Такім чынам, круцільны момант электрарухавіка пастаяннага току прама прапарцыянальны максімальнаму магнітнаму патоку праз віток абмоткі, сіле току ў абмотцы якара і колькасці віткоў у абмотцы.

Якар любога электрарухавіка складаецца з некалькіх абмотак (мал. 188.7). Круцільны момант прымае максімальнае значэнне, калі адпаведная абмотка знаходзіцца ў плоскасці, паралельнай напрамку індукцыі магнітнага поля, і роўны нулю, калі абмотка знаходзіцца ў плоскасці, перпендыкулярнай напрамку індукцыі. Для таго каб забяспечыць доўгае кручэнне якара пры нязменным напрамку круцільнага моманту, электрычны ток у абмотцы павінен змяняць напрамак праз кожныя паў-абарота. Гэта можа быць ажыццёўлена наступным чынам. Пры кручэнні якара калектар адключае электрычныя шчоткі ад адной абмоткі і падключае да другой, таму ў кожны момант часу ток праходзіць праз абмотку якара, якая знаходзіцца ў плоскасці, паралельнай напрамку індукцыі магнітнага поля. Такім чынам, круцільны момант захоўвае свой напрамак, і якар круціцца ў адным напрамку.

Змяняючы сілу току ў абмотках якара, можна рэгуляваць модуль скорасці яго кручэння. Напрамак кручэння можна змяняць, змяняючы напрамак току ў абмотцы якара або індуктара.

Прастата будовы электрарухавікоў і кіравання імі, магчымасць лёгка рэгуляваць частату кручэння і добрыя пускавыя ўласцівасці вызначылі шырокае прымяненне іх у якасці прывадных рухавікоў для пракатных станаў, грабных вінтоў караблёў, шахтных падымальных машын, у электрафікаваным магістральным, гарадскім і завадскім транспарце, дарожна-будаўнічых, рамонтна-апрацоўчых машынах. Электрарухавікі часта з’яўляюцца выканаўчымі звёнамі сістэм аўтаматычнага кіравання і рэгулявання і г. д.