Stefan Vorkoetter
Все рисунки к статье распологаются в оригинальном источнике http://www.stefanv.com/rcstuff/qf200212.html
Как работают электрические двигатели
Много было написано о правильном выборе двигателя, оценки производительности, и так далее. В этом месяце, я решил вернуться к основам и описать, как электродвигатель работает на самом деле. Хорошее понимание функционирования двигателя может помочь вам диагностировать проблемы. И некоторые люди, включая меня, хотели бы знать, как все работает. Таким образом, если вам интересно, читайте дальше!Я собираюсь начать с самых основ, так что если вы что-то из этого знаете, можете пропустить.
Магниты
Основной движущей силой стоящей за всеми электродвигателями, синхронными или асинхронными, переменного или постоянного тока, является магнетизм. Все мы, наверное, играли с магнитами в то или иное время, и узнали о них еще в школе.Напомним, что любой магнит имеет северный полюс и южный полюс (так уж случилось, что Земля является магнитом, полюса которого, расположены вблизи географических полюсов, следовательно, они называются магнитными). Если взять два магнита и расположить их на одной линии, они будут притягиваются друг к другу, если Северный полюс первого находится рядом с Южным полюсом другого. Если расположить их рядом одноименными полюсами они будут отталкиваться. Противоположности притягиваются.
Рассмотрим сборку из трех магнитов, как показано на рисунке 1 . С левой и правой стороны магниты крепятся к какой-либо поверхности, и центральный магнит может свободно вращаться вокруг его центра.
Из-за привлечения противоположного полюса, центральный магнит будет вращаться, пока не будет выровнен как показано на рисунке 2.
В действительности магнит имеет вес, и соответсвенно вращательный момент, по этому магнит не сразу примет установившееся положение.
Теперь представьте, что мы можем поменять северный и южный полюс центрального магнита местами, тогда бы могли установить магнит как показано на рисунке 3.
Вместо того, чтобы возвращаться, он оттолкнется от неподвижных магнитов, продолжая поворачивать он может пойти в другом направлении. В конце концов, что бы достичь состояния на рисунке 4, который выглядит подозрительно, как на рисунке 1.
Если мы будем менять полюса местами каждый раз, когда центральный магнит будет переходить в соответствующую позицию, он сможет поворачивать постоянно.
Проблема в том, как выполнить обмен полюсов.
Электромагниты
В качестве магнитов мы используем постоянные магниты. Эти объекты имеют постоянного магнитного поля, что всегда существует. Полюса неподвижны относительно друг друга и по отношению к физическим магнитам.Другой вид магнита - электромагнит. В своей простейшей форме он состоит из стального прута, завернутого в катушке провода, как показано на рисунке 5.
Сам по себе он ничего не делает. Однако, если пропустить электрический ток через провод, магнитное поле образуется в железном пруте, и он становится магнитом, как показано на рисунке 6.
Если выключить ток, он перестает быть магнитом (это небольшое упрощение, так как в реальности, он остается слабым магнитом, но в данный момент, мы этого не касаемся).
Пока электромагнит кажется полезным, так как мы можем использовать его, чтобы забрать железо, сталь, никель, перенести их куда-нибудь, а затем бросить их просто отключив питание.
Действительный интерес электромагнита в том, что его полярность (расположение северного и южного полюсов) зависит от направления тока. Если пустить ток в противоположном направлении, полюса электромагнита поменяются, как показано на рисунке 7.
Эврика!
Если заменить центральный магнит в нашем наборе из трех магнитов электромагнитом, как показано на рисунке 8, мы получим начало электродвигателя.Теперь нам нужно решить две проблемы: подача тока на вращающийся электромагнит без проводов, а также изменение направления тока в соответствующее время. Обе эти проблемы решаются с помощью двух приборов: коллектора, и пары щеток. Рисунок 9 иллюстрирует это. Два полукруга и две щетки являются коммутатором. Ток подводится к щеткам, и указывает "+" и "-" . Здесь показано, как электромагнит будет отталкиваться от двух постоянных магнитов, и он будет поворачиваться по часовой стрелке. После половины оборота, он перейдет в состояние показанного на рисунке 10. Тогда, когда щетки магнита перейдут через раскол в коллекторе, направления тока поменяется, и это вернет нас к условию на рисунке 9. Как результат, магнит продолжает поворот. У нас есть двигатель!