SILNIK ELEKTRYCZNY W ODNIESIENIU DO MAGNETYZMU

Rys historyczny:

Urządzenie, w którym energia elektryczna zamieniana jest na mechaniczną. Najprostszy silnik elektryczny składa się z wirnika w formie płaskiej, prostokątnej cewki, obracającej się w polu magnetycznym. Działanie silnika elektrycznego opiera się na zjawisku dynamicznego oddziaływania pola magnetycznego i przewodu. Już w 1837 roku J.P. Joule, jako 19-letni fizyk, ogłosił swoją pracę opisującą silnik elektryczny własnego pomysłu. Za twórcę maszyny elektrycznej uznaje się jednak M. Faradaya, który w 1831 roku zbudował pierwszy model silnika elektrycznego - była to tzw. tarcza Faradaya. Pierwszą maszyną elektryczną mającą praktyczne znaczenie zbudował jednak w 1834 roku M.H. Jacobi (silnik prądu stałego z komutatorem, zastosowany do napędu małego statku rzecznego). Pierwszy pracujący silnik elektryczny zbudował w roku 1837 w USA - Thomas Davenport, który swoich konstrukcji używał do napędu wiertarki i tokarki do drewna. Decydującym krokiem w rozwoju silnika elektrycznego było zbudowanie w 1887 roku przez J.N. Teslę (wykorzystującego prace inż. i fizyka G. Ferrarisa) 2-fazowego silnika indukcyjnego. Udział w konstrukcji silnika elektrycznego miał także Polak - M. Doliwo-Dobrowolski, który w 1889 roku zbudował silnik 3-fazowy z wirnikiem klatkowym.

Zasada działania silnika elektrycznego:

Rozpocznijmy od 3 zasady dynamiki Newtona:

Zwana również zasadą akcji i reakcji, dotyczy wzajemnego oddziaływania dwóch ciał. Jeżeli ciało A działa na ciało B siłą FAB, to ciało B działa na ciało A siłą FBA równą co do wartości, lecz przeciwnie skierowaną.

FAB = - FBA

Obie siły równoważą się wzajemnie oraz występują równocześnie, toteż nie można powiedzieć, która z nich jest siłą akcji, a która siłą reakcji.

Elektromagnes - to zwoje przewodnika nawinięte na sztabkę żelazną. Właściwości elektromagnesu są identyczne jak zwykłej sztabki magnesu pochodzenia mineralnego.
magnesy oddziałują głownie „końcami” – biegunami. Są dwa rodzaje biegunów: N S
Magnesy oddziałują na odległość dzięki temu, że wytwarzają pole magnetyczne.





Dwa magnesy odpychają się lub przyciągają wzajemnie w zależności od tego jakimi końcami będziemy je do siebie zbliżać.
o Bieguny jednoimienne się odpychają
o Bieguny różnoimienne się przyciągają



W pobliżu przewodnika, przez który płynie prąd też jest pole magnetyczne.

Podstawowymi elementami modelu silnika elektrycznego prądu stałego są:
o magnes
o umieszczona pomiędzy biegunami magnesów ramka
o komutator (służy do zmiany kierunku prądu)
o szczotki (doprowadzają prąd do komutatora)
o Prąd doprowadzany jest do ramki przez dwie ślizgające się po pierścieniu
szczotki



Prawdziwe silniki prądu stałego są o wiele bardziej skomplikowane. Zwykle zamiast magnesów stałych stosuje się elektromagnesy, dla których wartość pola elektrycznego jest o wiele większa, uzwojenie posiada wiele zwojów, a komutator jest zdecydowanie bardziej skomplikowany. mimo to zasada działania pozostaje taka sama.



Krzemowe szczotki ślizgając się po komutatorze umożliwiają połączenie obracającego się uzwojenia wirnika z zasilającym je nieruchomym źródłem prądu stałego.
Bardzo ważną częścią silnika prądu stałego, umożliwiającą mu prawidłowe funkcjonowanie jest komutator. Komutator wykonany jest w postaci wielu miedzianych wycinków, wzajemnie odizolowanych. Do każdego z wycinków przyłączony jest jeden koniec uzwojenia wirnika.



Tutaj mamy link do symulacji:

http://www.walter-fendt.de/ph14pl/electricmotor_pl.html