Elektromotor istosmjerne struje
 Elektromotor i njegova unutrašnjost | |
| Tip komponente | pasivna (elektromagnet) |
|---|---|
| Princip rada | elektromagnetska indukcija |
| Izumitelj | Michael Faraday (1821) Zénobe Gramme (1873) |
| Prva proizvodnja | 1873. |
| Pinovi | plus i minus |
| Elektronski simbol | |
 Elektromotor u strujnom kolu | |
Elektromotor jednosmerne struje (DC motor) je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku, odnosno u vrtenje.
Glavna prednost jednosmernih motora u odnosu na naizmenične je lakše upravljanje brzinom, momentom i smerom obrtanja.[1] Brzina obrtanja motora ovisi o kombinaciji napona i struje, te o opterećenju. Brzina motora proporcionalna je naponu, dok je moment proporcionalan struji. Zbog ovih svojstava, istosmjerni motor često se upotrebljava u pogonima koji zahtijevaju upravljanje brzinom. Brzina motora se može mijenjati promjenom otpora armature, ili uporabom promjenjivog naponskog izvora.[2]
Elektromotor može raditi i kao generator istosmjerne struje, ako se pokreće vanjskom silom. Ako se njegov rotor spoji s izvorom rotacije, na izvodima će se inducirati napon. Svojstven dio istosmjernog motora je kolektor, pa se naziva i kolektorski motor.
Najjednostavniji istosmjerni motor je 1821. otkrio Michael Faraday. Taj se motor sastojao od slobodnog zavoja žice koji je slobodno plutao na sloju žive, a u čijem se središtu nalazio magnet. Kada se kroz zavoj žice propustila istosmjerna struja oko zavoja se stvorilo magnetsko polje uslijed čega se žica počela okretati oko magneta. Istosmjerni motor (eng. DC motor), kakav danas poznajemo slučajno je 1873. otkrio Zénobe Gramme kada je na dinamo koji je proizvodio struju spojio drugi dinamo koji se počeo okretati kao motor.
_80_degree_split_ring.gif?lang=sh)
Osnovni princip rada je da sila djeluje na električni vodič kada njime u magnetskom polju protječe električna struja, a u vodiču se inducira električni napon kada se giba u magnetskom polju (elektromagnetska indukcija).
Motori jednosmerne struje se, u osnovi, sastoje od elektromagneta na osovini koja rotira između dva stalna magneta.[3] Pozitivan i negativan pol napajanja povezuju se tako da svaki kraj elektromagneta ima isti polaritet kao stalan magnet pored njega. Isti polovi magneta međusobno se odbijaju. To odbijanje pokreće elektromagnet i izaziva obrtanje osovine. Kako se osovina obrće, tako pozitivna i negativna veza elektromagneta menjaju mesta, pa magneti nastavljaju da „guraju“ osovinu. Jednostavan mehanizam sastavljen od komutatora (točkića kod koga je svaki segment povezan s različitim krajem elektromagneta) i četkica koje dodiruju komutator, uzrokuje promenu veza. Komutator se obrće zajedno sa osovinom dok su četkice stacionarne, s tim da je jedna povezana s pozitivnim polom napajanja a druga s negativnim. Dok osovina komutator rotira, menja se segment koji je u kontaktu sa svakom četkicom. Tako se menjaju krajevi elektromagneta povezani s pozitivnim, odnosno negativnim naponom.[3]
Protjecanjem istosmjerne struje kroz vodič koji se nalazi u magnetskom polju stvara se, prema pravilu lijeve ruke, sila koja stvara moment koji zakreće rotor. Električna veza između rotora i izvora struje se ostvaruje tako da se izvor spoji na grafitne četkice koje kližu po komutatoru. Prilikom prelaska četkice s jedne na drugu lamelu komutatora, postoji trenutak kada se izvor nalazi u kratkom spoju uslijed čega dolazi do iskrenja četkica. Iskrenje četkica dovodi do polaganog uništavanja grafitnih četkica, do oksidacije i trošenja komutatora, pa je to glavni nedostatak ove vrste motora. Iskrenje se pojačava ako se povećava: brzina okretanja motora (broj okretaja), električni napon, opterećenje, odnosno struja kao posljedica povećanja napona ili opterećenja. Iskrenje osim samog uništavanja komutatora i četkica za posljedicu ima i stvaranje čujnog i električnog šuma.
Inducirani električni napon U može se izračunati sledećom formulom:
gdje je:
- B - magnetska indukcija (gustoća magnetskog toka), izraženo u teslama,
- l - dužina vodiča koji se giba u magnetskom polju, u metrima i
- v - brzina vodiča u m/s; što je brzina veća, to će biti i veći broj presječenih magnetskih silnica u sekundi.
Magnetsko polje je posrednik pretvorbe energije, a moguće ga je stvarati i održavati električnim strujama ili trajnim magnetima.
U katalozima proizvođača obično se navodi nekoliko specifikacija motora. Dve ključne stavke koje morate uzeti u obzir jesu:
- Brzina: Izražena u obrtajima u minutu (engl. revolutions per minute, rpm). Potrebna brzina zavisi od predviđene namene. Primera radi, kada želite da napravite model automobila, potrebna je brzina od 60 obrtaja u minutu - tada će motor okretati točkove jednom u sekundi.
- Radni napon: Radni napon se navodi kao opseg dozvoljenih napona. U elektronskim projektima se uobičajeno koristi motor koji radi u opsegu od 4,5 do 12 volti. Obratite pažnju i na nominalni napon i navedeni broj obrtaja u minutu. Motor se okreće navedenom brzinom kada se napaja nominalnim naponom. Ako je napon manji od nominalnog, motor se okreće sporije.[3]
Motori jednosmerne struje imaju dva izvoda (ili terminala za koji se povezuju žice) - po jedan za pozitivan i negativan napon napajanja. Motor se pokreće dovođenjem jednosmernog napona, a zaustavlja isključivanjem napona.
Zbog mogućnosti kontinuirane promjene brzine okretanja istosmjerni se motor koristi u industriji te za pogon tračnih i nekih posebnih vozila (tramvaja, lokomotiva, elektromobila i drugo). Brzina se mijenja na razne načine, a u suvremenim se pogonima upravlja računalom. Zbog mogućnosti napajanja iz akumulatorskih baterija, istosmjerni se motor koristi i kao pokretač motora s unutarnjim izgaranjem (na primjer u automobilima i dizelskim agregatima). Ipak, zbog izrade komutatora i njegova održavanja te habanja četkica i popratnog iskrenja, istosmjerni se motor, s obzirom na nabavnu cijenu i pogonsku pouzdanost, manje koristi nego kavezni asinkroni motor.[4]
Motor jednosmerne struje se takođe koristi za vibriranje pametnih telefona. Takav motor pretvara električnu energiju uskladištenu u bateriji u kretanje.[3]
Zbog nedostataka koje uzrokuje komutator u novije vrijeme razvijen je istosmjerni motor bez četkica (eng. Brushless DC electric motor) koji na rotoru ima permanentni magnet, dok se kroz statorske namote propušta struja koja dovodi do zakretanja rotora. Strujom koja prolazi kroz statorske namote se upravlja elektroničkim sklopom, takozvanim elektroničkim komutatorom ili inverterom, koji zamjenjuje klasični komutator. Da bi se moglo ispravno odrediti kroz koji namot će elektronički komutator poslati struju, i struju kojeg smjera, takav motor mora imati senzor položaja rotora na osnovu čega se upravlja radom samog komutatora.
- ↑ DC Elektromotori
- ↑ Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene (str. 102), Beograd, 2007.
- ↑ električni motor (elektromotor), [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
