Motory – prúdový motor, raketový motor a elektromotor

Motory – prúdový motor, raketový motor a elektromotor

Prúdový motor

Prúdový motor je druh reaktívneho motora, ktorý vytvára ťah urýchľovaním média privádzaného z okolitého prostredia, napríklad vzduchu alebo vody. Prúdové motory sa využívajú najmä v letectve.

Princíp činnosti prúdového motora

1. Vstup vzduchu
   • v prednej časti motora sa nachádza vstupné ústrojenstvo,
   • cez neho vstupuje do motora vzduch.
2. Stláčanie vzduchu
   • vzduch je nasávaný kompresorom,
   • kompresor ho stláča,
   • pri stláčaní sa vzduch zároveň zahrieva.
3. Spaľovanie
   • stlačený a zahriaty vzduch pokračuje do spaľovacej komory,
   • do vzduchu sa vstrekne palivo,
   • zmes vzduchu a paliva sa zapáli.
4. Roztáčanie turbíny
   • pri spaľovaní sa uvoľňuje tepelná energia a vznikajú horúce plyny,
   • horúce plyny prúdia smerom k zadnej časti motora,
   • roztáčajú turbínu,
   • turbína je pomocou hriadeľa spojená s kompresorom a poháňa ho.
5. Vznik ťahu
   • horúce plyny pokračujú za turbínu do výstupnej trysky,
   • tepelná energia plynov sa mení na kinetickú energiu,
   • rýchlym prúdením plynov z motora vzniká ťah, ktorý poháňa lietadlo.

Základné časti prúdového motora

Schéma spaľovacej turbíny obsahuje:

1. vstup,
2. nízkotlakovú časť kompresora,
3. vysokotlakovú časť kompresora,
4. spaľovanie,
5. výstup spalín,
6. horúcu časť,
7. turbínu,
8. spaľovaciu komoru,
9. studenú časť,
10. vstup vzduchu.

Výhody prúdového motora

• je pomerne ľahký,
• je spoľahlivý,
• dosahuje mimoriadne veľký výkon,
• umožňuje dosahovať veľmi vysoké rýchlosti,
• v materiáli sa uvádzajú rýchlosti približne 2 400 až 4 000 km/h.

Nevýhody prúdového motora

• spotrebuje veľké množstvo paliva,
• je veľmi hlučný,
• jeho prevádzka znečisťuje ovzdušie.

Raketový motor

Raketový motor je druh reaktívneho motora, ktorého činnosť nezávisí od okolitého prostredia.

Na rozdiel od prúdového motora nemusí získavať látku potrebnú na svoju činnosť z okolitého vzduchu.

Prečo môže raketový motor pracovať vo vesmíre?

Raketový motor si zo zásobníkov nesie:

• palivo,
• oxidačnú látku.

Preto môže pracovať aj vo vákuu, teda v kozmickom priestore.

Druhy raketových motorov

1. Chemické raketové motory

Ide o najvýznamnejšiu skupinu raketových motorov. Energiu získavajú chemickou reakciou – spaľovaním.

• motory na kvapalné pohonné látky,
• motory na tuhé pohonné látky,
• hybridné raketové motory.

2. Fyzikálne raketové motory

• motory využívajúce tlakovú energiu média – napríklad stlačený vzduch alebo kvapalina vytláčaná expanziou plynov,
• motory využívajúce tlakovú energiu fotónov – napríklad slnečné plachetnice,
• elektricky napájané motory – napríklad iontové motory satelitov,
• tepelné motory – výtokové médium je zahrievané vonkajším zdrojom, napríklad Slnkom alebo laserom,
• nukleárne motory – motory poháňané jadrovým reaktorom,
• fúzne motory.

Elektromotor

Čo je elektromotor?

Elektromotor je elektrické zariadenie, ktoré premieňa elektrický prúd na mechanickú prácu, teda na mechanický pohyb. Najčastejšie ide o rotačný pohyb.

Elektromotory pri svojej činnosti využívajú fyzikálny jav elektromagnetizmus.

Väčšina elektromotorov pracuje na rotačnom princípe, pretože takáto konštrukcia je jednoduchšia. Existujú však aj elektromotory, ktoré nevykonávajú otáčavý pohyb – napríklad lineárne elektromotory.

Základné časti elektromotora

Každý elektromotor sa skladá z dvoch základných častí:

Stator

• je statická, teda nepohyblivá časť elektromotora,
• vytvára magnetické pole.

Rotor

• je pohyblivá časť elektromotora,
• pri bežných elektromotoroch sa zvyčajne otáča.

Pomôcka na zapamätanie: STATOR = stojí, ROTOR = rotuje.

Základné rozdelenie elektromotorov

Elektromotory môžeme rozdeliť na:

1. jednosmerné elektromotory,
2. striedavé elektromotory.

Jednosmerný elektromotor

Výhody:

• jednoduchá konštrukcia,
• univerzálnosť,
• možnosť regulovať otáčky,
• pri niektorých typoch možno jednoducho meniť smer otáčania.

Nevýhody:

• potreba údržby,
• opotrebovanie komutátora a uhlíkov,
• môže dochádzať k iskreniu.

Striedavý elektromotor

Striedavý elektromotor je napájaný striedavým elektrickým prúdom.

V materiáli sa uvádza, že otáčky striedavých motorov bývajú obmedzené frekvenciou elektrickej siete. Pri frekvencii 50 Hz sa ako príklad uvádza hodnota 3 000 otáčok za minútu.

Motor s permanentným magnetom

Motor s trvalým, čiže permanentným magnetom patrí medzi najjednoduchšie elektromotory na jednosmerný prúd.

Konštrukcia motora

Stator:

• tvorí ho permanentný magnet.

Rotor:

• tvorí ho elektromagnet s pólmi.

Elektrický prúd sa do cievok rotora privádza cez komutátor.

Komutátor

Komutátor je rotačný prepínač.

Jeho úlohou je:

• meniť polaritu elektrického prúdu,
• meniť polaritu magnetického poľa vytvoreného cievkami,
• zabezpečiť pokračovanie otáčania rotora.

Počet prepínacích plôšok komutátora zodpovedá počtu cievok. Podľa materiálu sú cievky najmenej dve.

Výkon a využitie motora s permanentným magnetom

Výkon takéhoto motora závisí od veľkosti permanentného magnetu.

Pretože pri veľkých motoroch by bol potrebný veľký a drahý permanentný magnet, táto konštrukcia sa používa najmä pri menších elektromotoroch.

Využitie:

• ventilátory na chladenie elektroniky a počítačov,
• modelárske motorčeky,
• elektrické hračky,
• vláčiky,
• autodráhy.

Zmena smeru otáčania

Výhodou motora s permanentným magnetom je možnosť meniť smer jeho otáčania zmenou polarity napájania.

Väčšie elektromotory

Elektromagnet namiesto permanentného magnetu

Pri väčších elektromotoroch by bol veľký permanentný magnet príliš rozmerný a drahý. Preto sa v statoroch väčších elektromotorov namiesto permanentného magnetu používa elektromagnet.

Využitie väčších elektromotorov

• dopravné stroje,
• vlaky,
• metro,
• trolejbusy,
• električky,
• automobily s elektrickým alebo alternatívnym pohonom.

V spojení s generátorom môže elektrický pohon nahradiť mechanickú prevodovku.

Lineárny elektromotor

Lineárny elektromotor sa od klasického elektromotora odlišuje tým, že nevytvára otáčavý pohyb.

Jeho stator je akoby roztiahnutý do dĺžky. Motor sa teda netočí, ale vytvára priamočiary pohyb v rovine.

Konštrukcia lineárneho elektromotora

• jedna časť lineárneho motora je umiestnená v pohyblivej časti,
• druhá časť je súčasťou pohybovej dráhy.

Pohyblivá časť predstavuje rotor a nepohyblivá časť dráhy stator.

Výhoda lineárneho elektromotora

• nepotrebuje zberač prúdu.

Využitie lineárneho elektromotora

Lineárne elektromotory sa môžu využívať napríklad na pohon vlakov na magnetickom vankúši – MAGLEV.

Jednosmerný elektromotor

Rýchlosť jednosmerného motora

Rýchlosť jednosmerného motora závisí najmä od:

• veľkosti napájacieho napätia,
• záťaže na výstupnom hriadeli.

Jednosmerné motory umožňujú dosahovať široký rozsah mechanicky realizovateľných otáčok.

Výhody jednosmerného motora

• jednoduchosť,
• univerzálnosť,
• dobrá možnosť regulovania otáčok,
• možnosť meniť smer otáčania,
• široké možnosti využitia.

Nevýhody jednosmerného motora

Najväčšou nevýhodou je existencia komutátora.

Komutátor:

• je mechanický prepínač,
• spína veľké elektrické prúdy,
• je mechanicky aj elektricky namáhaný,
• vyžaduje údržbu a správne nastavenie,
• postupne sa opotrebúva.

Po určitom čase môže byť potrebná:

• výmena zberačov – uhlíkov,
• neskôr aj výmena komutátora alebo rotora.

Pri činnosti môže dochádzať aj k iskreniu.

Využitie elektromotorov

Elektromotory majú veľmi široké využitie.

V domácnosti

• mixéry,
• rôzne elektrické spotrebiče,
• ventilátory.

V elektrickom náradí

• vŕtačky,
• ďalšie elektrické pracovné nástroje.

V elektrotechnike

• ventilátory na chladenie počítačov a elektronických zariadení.

V hračkách a modelárstve

• elektrické vláčiky,
• autodráhy,
• modelárske motorčeky,
• ďalšie elektrické hračky.

V doprave

• vlaky,
• lokomotívy,
• metro,
• električky,
• trolejbusy,
• automobily,
• vozidlá s elektrickým alebo alternatívnym pohonom.

V špeciálnej doprave

• lineárne elektromotory môžu poháňať vlaky na magnetickom vankúši.

História elektromotora

1827 – 1829 – Štefan Jedlík

• zostrojil prvý známy elektromotor,
• v roku 1842 svoj vylepšený vynález použil na pohon vozíka po koľajniciach.

1832 – William Sturgeon

• zostrojil prvý prakticky použiteľný elektromotor na jednosmerný prúd.

1888 – Nikola Tesla

• v materiáli sa uvádza ako vynálezca prvého elektromotora na striedavý prúd.

Motory – prúdový motor, raketový motor a elektromotor

• Prúdový motor získava médium potrebné na svoju činnosť z okolitého prostredia.
• V prúdovom motore vzduch prechádza cez kompresor, spaľovaciu komoru, turbínu a výstupnú trysku.
• Raketový motor si nesie palivo aj oxidačnú látku, preto môže fungovať aj vo vákuu.
• Elektromotor premieňa elektrický prúd na mechanickú prácu a pohyb.
• Elektromotor využíva elektromagnetizmus.
• Stator je nepohyblivá časť elektromotora.
• Rotor je pohyblivá časť elektromotora.
• Elektromotory rozdeľujeme najmä na jednosmerné a striedavé.
• Komutátor je rotačný prepínač, ktorý mení polaritu prúdu v cievkach rotora.
• Motor s permanentným magnetom sa používa najmä pri menších výkonoch.
• Pri väčších elektromotoroch sa namiesto veľkého permanentného magnetu používa elektromagnet.
• Lineárny elektromotor sa neotáča, ale vytvára priamočiary pohyb.
• Elektromotory sa používajú v domácich spotrebičoch, náradí, hračkách, počítačoch aj v doprave.