Elektromotory

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: Dievča ivana123
Typ práce: Referát
Dátum: 23.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 2 091 slov
Počet zobrazení: 5 310
Tlačení: 315
Uložení: 288
Elektromotory
 
1 Úvod
Na svete je v dnešnej dobe obrovské množstvo automobilov a iných dopravných prostriedkov, ktoré denne využívame v náš prospech. No ropy je stále menej a menej. Stále prichádzajú na trh milióny a milióny nových automobilov. Ale načo nám budú, keď nebude palivo? Okrem toho, životné prostredie je veľmi znečistené výfukovými plynmi. Nad mestami sú mračná smogu. Už sa napísalo mnoho článkov o znečisťovaní našej planéty, ale stále sú na svete milióny strojov, ktoré ju znečisťujú. No všetky tieto stroje nám uľahčujú prácu a určite sa ich nevzdáme. Treba len nájsť iný spôsob, ako ich budeme prevádzkovať. Priemysel stále napreduje. Každý deň sa objavujú nové technológie. Ľudstvo si už pomaly začína uvedomovať, že vyčerpateľné zdroje energie sa míňajú. Aj v automobilovom priemysle sa v súčasnosti využívajú rôzne biopalivá ako napríklad repkový olej či lieh. Ale najväčšie využitie má určite elektrická energia. Elektrická energia je nevyčerpateľný zdroj energie a vyrábame ju v elektrárňach rôzneho druhu. Najekologickejšie sú vodné elektrárne. Netreba zabudnúť ani na slnečnú (solárnu) energiu, získavanú zo solárnych panelov. Preto by sa mali stroje vyrábať tak, aby boli schopné fungovať na elektrickú energiu. To sa dá zariadiť prostredníctvom elektromotorov. Už v súčasnosti majú elektromotory obrovské využitie. V domácnosti máme niekoľko prístrojov, ktoré fungujú vďaka elektromotorom. Aj niektoré dopravné prostriedky sú poháňané elektromotorom, napríklad trolejbus, električka, elektrické lokomotívy a aj v automobiloch sa začínajú používať elektromotory pri takzvanom hybridnom pohone. Preto je vhodné informovať sa o týchto zariadeniach a začať ich využívať všade, kde sa dá. O to by sa mali snažiť aj svetové firmy. Treba si uvedomiť, že elektromotory na rozdiel od benzínových a naftových motorov nevypúšťajú do ovzdušia žiadne škodlivé látky a teda sú šetrné aj voči prírode. Cieľom tejto práce je podať aspoň stručné informácie o obrovských možnostiach využitia elektromotorov.

2 Charakteristika a rozdelenie elektromotorov
Najviac elektrickej energie spotrebúvajú elektromotory. Elektromotory tvoria základ mechanizácie a automatizácie, a tak nie je zvláštnosťou, keď v jedinom priemyselnom závode pracujú stovky niekedy i tisíce elektromotorov. K rôznym účelom potrebujeme i rôzne druhy elektromotorov. Známe sú derivačné motory, indukčné motory, synchrónne motory, univerzálne motory, trojfázové komutátorové motory a rad ďalších druhov elektromotorov.
Elektromotory sú stroje, ktoré premieňajú elektrickú energiu na energiu mechanickú. Činnosť elektromotorov je teda opakom činnosti generátorov, ktoré premieňajú mechanickú energiu na energiu elektrickú. A tak sa dá povedať, že konštrukcia elektromotorov a generátorov je veľmi podobná. Každý elektromotor sa skladá z nepohyblivej časti zvanej stator a z pohyblivej časti zvanej rotor alebo kotva, ktorá sa otáča spravidla vnútri statora. Základný princíp činnosti elektromotora spočíva v tom, že prechodom elektrického prúdu vinutím statora a vinutím rotora vytvárame dva magnetické polia, ktoré na seba vzájomne pôsobia priťahujúcimi sa a odpudzujúcimi sa silami tak, že sa rotor otáča. Neskôr sa síce zoznámime s niektorými odlišnosťami, vždy však ide o vzájomné pôsobenie dvoch magnetických polí.
Názvy niektorých najbežnejších druhov elektromotorov sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

2.1 Jednosmerné elektromotory
Pracujú opačne než dynamo. Každé dynamo môže pracovať ako motor na jednosmerný prúd a teda aj naopak každý jednosmerný elektromotor môže pracovať ako dynamo na výrobu jednosmerného prúdu. Konštrukčne sa od seba jednosmerný elektromotor a dynamo líši len veľmi málo. Pozrime sa na princíp jednosmerného elektromotora (prílohy obr. 1). Stator tvoria dva elektromagnety, ktoré sú napájané jednosmerným prúdom tak, že na protiľahlých nástavcoch vznikne severný a južný magnetický pól. Rotor elektromotora tvorí valec zo železného plechu. Na jeho povrchu sú žliabky, v ktorých sú uložené jednotlivé vinutia. Tieto vinutia sú vyvedené na komutátor zložený z navzájom izolovaných lamiel a k nim priliehajúcich kief. Ak pripojíme kefky na zdroj jednosmerného prúdu, tak prúd prechádza vždy len jedným vinutím pripojeným k príslušnej lamele. Prechodom prúdu vznikne okolo vinutia magnetické pole. Rotor sa začne otáčať v smere šípky, pri pootočení sa kefky dotknú susedných lamiel, prúd tak bude pretekať ďalším vinutím a tento dej sa bude neustále opakovať a rotor sa bude točiť tak dlho, dokiaľ prívod prúdu neprerušíme. Podľa spôsobu zapojenia vinutia statora a rotora rozoznávame dva hlavné druhy jednosmerných motorov. Jednosmerný sériový motor a jednosmerný derivačný motor.
 
2.1.1 Jednosmerný sériový motor
Ak jednosmerný sériový motor (prílohy obr. 2) zapojíme, potom v okamžitom rozbehu preteká vinutím rotora i statora veľký prúd, ktorý vytvára silné magnetické pole a motor má veľkú ťažnú silu. Akonáhle sa začne rotor otáčať, jeho vinutie pretína indukčné čiary magnetického poľa statora a dôsledkom je prekvapivý, ale zákonitý jav – motor začne pracovať súčasne ako dynamo a vo vinutí rotora sa bude indukovať elektrické napätie. A pretože polarita indukovaného napätia bude opačná než polarita napätia zdroja, vinutím statora a rotora bude pretekať podstatne nižší prúd, pričom jeho veľkosť bude závisieť na rozdielu oboch napätí. A to je skutočnosť, ktorá má dôležitý význam. Ak rozbehnutý sériový motor zaťažíme, tak sa otáčky rotora spomalia, tým sa vo vinutí rotora zníži indukované napätie, ale súčasne sa zvýši prúd pretekajúci vinutím a tak ťažná sila motora vzrastie. Ak naopak motor odľahčíme, tak sa otáčky rotora zrýchlia, vo vinutí rotora sa bude indukovať vyššie napätie a vinutím bude pretekať nižší prúd. Pri veľkom zaťažení sa otáčky motora znižujú, pri malom zaťažení naopak zvyšujú. Sériový motor teda mení svoje otáčky podľa zaťaženia, pričom čím menšie má motor otáčky, tým väčší má výkon. Používame ich na pohon takých zariadení, ktoré vyžadujú veľkú ťažnú silu pri rozbehu a pracujú s rôznym, často sa meniacim zaťažením. Ako príklad sa dá uviesť predovšetkým lokomotíva, výťah, žeriav a podobné motorové zariadenia.
 
2.1.2 Jednosmerný derivačný motor
Na rozdiel od sériového motora je vinutie statora a rotora zapojené ku zdroju napätia paralelne alebo v derivácii (prílohy obr. 3). Vinutie statora má veľký odpor a preteká ním prakticky stále rovnaký prúd, ktorý je mnohonásobne nižší (5 %) než prúd pretekajúci vinutím rotora (95 %). Otáčky rotora sa s rastúcim zaťažením takmer nemenia. Rozdiel medzi otáčkami nezaťaženého a zaťaženého derivačného motora sa pohybuje u stredne výkonných motorov okolo 10 %, u výkonnejších motorov je tento rozdiel otáčok menší ako 5 %. Tieto vlastnosti derivačných motorov určujú i ich použitie. Používajú sa najmä na pohon takých zariadení, u ktorých požadujeme pokiaľ možno stálu rýchlosť otáčania i pri určitej zmene zaťaženia. Takéto zariadenia sú napríklad obrábacie stroje, čerpadlá, textilné stroje a pod.
 
2.2 Striedavé elektromotory
Aby sme dobre porozumeli princípu činnosti motorov na striedavý prúd , musíme si vysvetliť, čo je tzv. točivé magnetické pole (prílohy obr. 4). Stator tvorí tri elektromagnety, ktoré sú navzájom posunuté o 120°. Každým vinutím elektromagnetu preteká prúd vždy len v jednej fáze trojfázového prúdu. Ak do priestoru medzi elektromagnety vložíme magnetku, magnetka sa bude otáčať. Pretože sa veľkosť a smer prúdu v každej fáze trojfázového prúdu mení v závislosti na čase, je zrejmé že sa súčasne mení i sila a smer magnetického poľa každého jednotlivého magnetu. Tým, že sa postupne na jednotlivých elektromagnetoch vytvára „maximálne silné“ magnetické pole, mení svoju polohu i výsledné magnetické pole v priestore medzi elektromagnetmi, a to tak, že sa začne otáčať a vzniká tzv. točivé magnetické pole s otáčajúcim sa severným a južným pólom.
 
2.2.1 Trojfázový synchrónny motor
Máme trojfázový prúd o kmitočte 50 Hz. V dôsledku toho točivé magnetické pole vykoná 50 otáčok za sekundu (alebo 3000 otáčok za minútu). Rovnakou rýchlosťou sa teda bude otáčať i magnetka. Pripusťme, že magnetka predstavuje rotor, potom ale jeho pohybovú energiu môžeme využiť k pohonu iných zariadení. Vznikne tak motor, ktorého rotor sa bude otáčať zhodne alebo synchrónne s točivým magnetickým poľom, teda rýchlosťou 3000 otáčok za minútu. Takéto motory sa nazývajú motory synchrónne, a keďže sú napájané trojfázovým prúdom, ide teda o trojfázové synchrónne motory. Synchrónne motory (prílohy obr. 5) majú prakticky rovnakú konštrukciu ako synchrónne alternátory. Každý synchrónny alternátor môže pracovať ako synchrónny motora a naopak. Vinutie statora je napájané trojfázovým striedavým prúdom, vinutie rotora jednosmerným prúdom, ktorý je získavaný zo zvláštneho derivačného dynama. Malé synchrónne motory majú miesto elektricky budeného rotora len permanentný magnet. Nevýhodou synchrónnych motorov je skutočnosť, že pri značnom preťažení môže dôjsť k takému poklesu otáčok rotora, že sa synchronizácia rotora s otáčkami točivého magnetického poľa naruší a motor sa zastaví. Ich výhodou je, že majú veľmi dobrú účinnosť a že udržujú presnú rýchlosť otáčok určenú kmitočtom striedavého prúdu. Synchrónne motory sa preto používajú najmä na pohon výkonnejších zariadení, ako sú napr. čerpadlá, kompresory, banské ventilátory, brúsky, drviče rúd a pod. Zaujímavé je ich uplatnenie v prečerpávajúcich elektrárňach, kde pracujú striedavo buď ako synchrónne motory k prečerpávaniu vody, alebo ako alternátory k výrobe striedavého trojfázového prúdu.
 
2.2.2 Trojfázový asynchrónny alebo indukčný motor

Trojfázový asynchrónny alebo indukčný motor je najrozšírenejším druhom elektromotora. Konštrukcia asynchrónneho motora je veľmi jednoduchá. Oproti jednosmerným a synchrónnym motorom sa zásadne líši v tom, že sa do rotora žiadny prúd neprivádza a trojfázový prúd prechádza len vinutím statora. Stator asynchrónneho motora má tvar dutého valca zloženého zo špeciálnych plechov o hrúbky približne 0,5 mm, ktoré sú navzájom izolované lakom alebo papierom. V drážkach rozmiestnených po obvode statora je uložené troje vinutí z izolovaných medených alebo hliníkových vodičov, ktorými preteká trojfázový striedavý prúd. Rotor asynchrónneho motora je zložený z rovnakých plechov a má tvar plného valca. Na jeho povrchu sú drážky a do nich sa vkladá buď trojfázové vinutie podobné vinutiu statora. Takto konštruovaný motor sa nazýva asynchrónny (indukčný) krúžkový motor, alebo sa do drážok vkladajú neizolované tyče z medi, ktoré sú na oboch koncoch spojené medenými kruhmi a takto konštruovaný motor sa nazýva asynchrónny (indukčný) motor s kotvou na krátko.

Ak motor zapojíme, vinutím statora začne prechádzať trojfázový striedavý prúd a vznikne točivé magnetické pole. Indukčné siločiary točivého magnetického poľa začnú pretínať tyče kotvy a vznikne v nich indukované napätie. Pretože sú tyče navzájom spojené a vytvárajú elektrický obvod s malým odporom, začne nimi pretekať spočiatku veľký indukovaný prúd. Preto sa tieto motory nazývajú tiež indukčné motory. Keď si pripomenieme, že vodič vedúci prúd je magnetickým poľom vychyľovaný, je celkom ľahko pochopiteľné, že rotor s kotvou sa začne spočiatku pomaly, ale postupne stále rýchlejšie otáčať v smere točivého magnetického poľa. S vzrastajúcou rýchlosťou rotora sa však bude rozdiel medzi otáčkami rotora a točivého magnetického poľa (3000 otáčok za minútu) postupne znižovať, tým sa však bude znižovať i rýchlosť pretínania tyčí indukčnými siločiarami, tým sa bude znižovať indukovaný prúd a silové účinky točivého magnetického poľa, a otáčky rotora sa od určitého okamihu nebudú ďalej zvyšovať. Rýchlosť otáčania rotora nemôže nikdy dosiahnuť rýchlosť točivého magnetického poľa. Rotor sa teda neotáča zhodne (synchrónne) s točivým magnetickým poľom, a preto sa tieto motory nazývajú motory asynchrónne.
 
2.2.3 Jednofázový indukčný motor
Ak by sme umiestnili do vnútra statora magnetku, magnetka vo vnútri statora by sa neotáčala. A preto v prípade jednofázových indukčných motorov vkladáme do statora tzv. pomocné vinutie, zvané tiež pomocná fáza alebo rozbehové vinutie (prílohy obr. 6), v ktorého obvode je napríklad kondenzátor. Pomocným vinutím bude pretekať prúd, ktorého priebeh bude posunutý. Týmto usporiadaním vzniká tzv. dvojfázový prúd a ten vytvára točivé magnetické pole podobne ako prúd trojfázový. A tak sme dospeli k princípu činnosti motora, ktorý sa dá napájať obvyklým jednofázovým prúdom, a preto sa nazýva jednofázový indukčný motor. Takéto indukčné motory s pomocným vinutím sa používajú napr. v chladničkách, práčkach, odstredivkách a pod.

3 Záver
Zoznámili sme sa s elektromotormi. S ich použitím, s tým, ako fungujú. Majú naozaj obrovské využitie. No ešte stále je dosť strojov, ktoré pracujú na spaľovacie motory. Nahradenie spaľovacích motorov elektromotormi aspoň v automobiloch by bol obrovský úspech. Aj voči prírode by to bolo šetrné. Okrem toho, elektromotory majú dlhšiu životnosť a oveľa jednoduchšiu konštrukciu. Problémom ostáva odkiaľ získať elektrickú energiu. Ale aj to by sa dalo nejako vyriešiť. Keby sa dali hlavy dokopy, na niečo by sa iste prišlo. Raz som si všimol, že vedľa chaty postavenej v blízkosti potoka bol umiestnený generátor, ktorý vďaka energii toku tohto potoka vyrábal elektrickú energiu. V televízii som zase videl, ako si v nejakej malej obci na Slovensku skonštruovali z dreva žľab, v ktorom tiekla voda a roztáčala akýsi vodný mlynček, ktorý bol pripojený na generátor. Táto energia im vraj stačila na napájanie niekoľkých domov. A presne o to tu ide. Veď poznatkov máme dosť vďaka slávnym fyzikom. Stačí len chcieť a trochu sa zamyslieť a určite by sme na niečo prišli.

Problém je aj v tom, že ropné spoločnosti na rope a ropných produktoch výborne zarábajú. Pre tieto spoločnosti by bolo maximálne nevýhodné, keby sa prešlo plne na elektrickú energiu. Veď kým sa ropa neminie do poslednej kvapky, vždy bude čo predávať a na čom zarábať. Energetické monopoly ovládli nielen trh s energiou, ale formujú aj myslenie ľudí v oblasti využívania energie. Akákoľvek iná cesta ako ta, ktorá je založená na fosílnych palivách je dnes spochybňovaná argumentmi o ich neekonomickosti alebo obmedzenej dostupnosti týchto zdrojov. Pritom sa vedome zamlčujú negatívne dopady využívania fosílnych palív na životné prostredie, zdravie ľudí, ich bezperspektívnosť z hľadiska budúcich generácií a všetky pozitívne efekty z využívania obnoviteľných zdrojov. Globálne klimatické zmeny, kyslé dažde a odumieranie lesov, úbytok ozónu, emisie v doprave a priemysle, tvorba rádioaktívnych odpadov a rizika ťažkých havárií sú reálnymi hrozbami, ktoré majú svoje korene práve vo využívaní fosílnych palív.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Založiť nové konto Pridať nový referát

Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.016