§ 33-2. Электрычны рухавік пастаяннага току

Пасля таго як у 1821 г. М. Фарадэем быў упершыню прадэманстраваны прынцып пераўтварэння электрамагнітным полем электрычнай энергіі ў механічную, вучоныя і інжынеры пачалі ствараць электрычны рухавік, які можна было б выкарыстоўваць на вытворчасці. У 1834 г. рускі вучоны Б. С. Якобі стварыў практычна прыдатны электрычны рухавік і апублікаваў тэарэтычную працу «Аб прымяненні электрамагнетызму для прывядзення ў рух машыны». 13 верасня 1838 г. лодка, забяспечаная коламі з лопасцямі, якія прыводзіліся ў кручэнне электрычным рухавіком, з дванаццаццю пасажырамі на борце, праплыла па рацэ Няве супраць цячэння са скорасцю каля 3fraction numerator к м over denominator ч end fraction. Гэта было адно з першых выкарыстанняў электрычнага рухавіка. Цяжка ўявіць, але яшчэ 100 гадоў таму ў вельмі нешматлікіх дамах можна было ўбачыць якую-небудзь прыладу з электрычным рухавіком: пыл і смецце з падлогі прыбіралі з дапамогай веніка, каву малолі і бялізну мылі ўручную. Нават аўтамабільныя рухавікі запускалі з дапамогай спецыяльнай рукаяткі. 

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).

Мал.
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);

Мал.
Мал. 188.5

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 F with rightwards arrow on top subscript 2 і F with rightwards arrow on top subscript 2 superscript apostrophe, якія дзейнічаюць на праваднікі АK, ED і ВС, паралельныя восі кручэння ОО'. Значыць, яны не ствараюць круцільнага моманту якара. Сілы Ампера F with rightwards arrow on top subscript 1 і F with rightwards arrow on top subscript 1 superscript apostrophe, 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.).

Мал.
Мал. 188.6

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

Мкр = 2BIlrN,

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

Мкр = NIФmaх.

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.

Мал.
Мал. 188.7

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.

img

1. Якую будову мае электрарухавік пастаяннага току?

2. Якое прызначэнне індуктара? якара? калектара і шчотак?

3. На якой з'яве заснавана дзеянне электрарухавіка пастаяннага току?

4. Ад чаго залежыць круцільны момант электрарухавіка пастаяннага току?

5. Як можна змяняць модуль скорасці і напрамак кручэння якара электрарухавіка?

6. Дзе выкарыстоўваюць электрарухавікі пастаяннага току?