Электродвигатель – это устройство, которое превращает электричество во вращательное движение. Электромотор придумали очень давно, еще в ХIХ веке, и сейчас он используется практически везде: в машинах, поездах, заводских станках и даже в игрушках!

Как же он работает? Всё дело в магнитах и электричестве. Если взять провод (например, медную проволоку) и пустить по нему ток, вокруг него появится невидимое магнитное поле. Это открыл учёный Эрстед в 1820 году. Он провёл эксперимент: положил провод рядом с компасом, и когда включил ток, стрелка компаса повернулась! Магнитное поле проводника действует на стрелку благодаря взаимодействию их магнитных полей.

А теперь наоборот! Если проводник поместить в магнитное поле, например созданное постоянными магнитами, и пропускать через него электрический ток, то магнитные поля будут взаимодействовать, а на проводник с током будет действовать сила — сила Ампера.

На рисунке выше изображен проводник с током, помещенный в магнитное поле. Чтобы определить, в каком направлении будет действовать сила Ампера на проводник, мы пользуемся условным «правилом левой руки». Если расположить левую руку так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный большой палец покажет направление, в котором сила Ампера будет выталкивать проводник.

Если проводник согнуть в прямоугольную рамку и пропустить по нему ток, то получается, что по одной половине рамки ток течет в одном направлении, по другой — в другом.

На рисунке выше изображена рамка с током в магнитном поле. Силы F1 и F2 действуют на левую (AB) и правую (DC) часть рамки соответственно. Представь, что это ниточки, которые привязали и тянут за них. Если потянуть - рамку начнет вращать. Но она повернется только на 90 градусов. После этого силы F1 и F2 будут уже не вращать а растягивать рамку.

Чтобы заставить рамку вращаться дальше, нужно в самый последний момент поменять направление тока в ней на противоположное. Для этого ток на рамку подается через скользящие контакты специальной формы. Эти контакты вращаются вместе с рамкой. На рисунке выше эти контакты изображены красными полукругами, их касаются неподвижные черные контакты. Это и есть основные узы электромотора постоянного тока.

Как усилить силу вращения рамки с током в магнитном поле? Есть три способа:

• Увеличить силу магнитного поля постоянных магнитов
• Увеличить силу тока, протекающего в рамке с током
• Увеличить количество витков провода и вместо рамки с током намотать целую катушку из большого количества витков (много рамок).

Как видишь, в моторе есть неподвижная часть и подвижная, вращающаяся. Неподвижная часть, ее называют «статор», – это «домик» мотора; в простых моторах это постоянные магниты, которые создают постоянное магнитное поле. А вращающаяся часть, которая называется «ротор», - это «сердечко» мотора. Ротор устроен вот как: на металлический сердечник специальным образом намотаны катушки провода; коллектор и щётки — это «переключатель», который меняет направление тока в катушке.

Когда ты подаёшь электричество, через катушку проходит ток – она становится электромагнитом. Статор (постоянные магниты) притягивает и отталкивает ротор, заставляя его вращаться. Коллектор переключает направление тока: когда катушка поворачивается, щётки скользят по коллектору – и ток меняет направление. Благодаря этому катушка вращается без остановки.

Электродвигатели (электромоторы) мы будем просто называть моторами.

Сила и скорость вращения электромотора зависит от различных факторов. Это и напряжение, поданное на мотор и его конструктивные особенности. Очень часто бывает так, что скорость или сила не подходят для решаемой инженером задачи. Нужно получить бОльшую силу или ускорить вращение.

Для преобразования вращения придумали специальные устройства – редукторы и мультипликаторы. Редуктор это механическое приспособление с шестерёнками внутри, которое понижает скорость вращения, но при этом увеличивается сила вращения (крутящий момент). А мультипликатор наоборот – повышает скорость вращения, но понижает крутящий момент.

Представь, что ты крутишь педали на велосипеде: если ты едешь на лёгкой передаче (большая шестерёнка сзади), то крутить педали легко, но едешь медленно, а если переключишься на маленькую шестерёнку, то крутить педали труднее, но зато можно ехать быстрей. Редуктор делает что-то похожее, но он только замедляет вращение для увеличения силы. Редукторы используются в автомобилях (коробка передач), строительных машинах (краны, бульдозеры), в электроинструментах (дрели, шуруповерты и др.).

Если редуктор установлен прямо на моторе, то такую комбинацию называют мотор-редукторами.

Именно такие мотор-редукторы установлены в нашем роботе BeamBot. В нашем случае моторы робота крутятся очень быстро, но в них мало силы — они не смогут «тянуть» достаточно тяжелого робота. Если поставить редуктор, то мотор передает вращение на маленькую шестеренку, которая цепляет большую. Такая пара шестерен называется зубчатой передачей, в ней маленькая шестерёнка быстро крутится, но слабо, а большая шестерёнка крутится медленнее, но с большей силой. В редукторах моторов нашего робота по несколько пар шестерёнок (5–7) чтобы максимально снизить скорость вращения и увеличить силу.

☚ Предыдущий | Содержание | Следующий ☛