Motor listrik dan generator

motor DC

• * Sejumlah nmemonik berbeda digunakan untuk mengingat arah gaya.Ada yang menggunakan tangan kanan, ada juga yang kiri.Bagi mahasiswa yang tahuperkalian vektor, mudah untuk menggunakan gaya Lorentz secara langsung:F= qayXB, dari manaF= sayadLXB.Itulah asal mula diagram yang ditampilkan di sini.

• Sepanjang, kami menggunakan warna biru untuk kutub Utara dan merah untuk Selatan.Ini hanya konvensi untuk memperjelas orientasi: tidak ada perbedaan bahan di kedua ujung magnet, dan biasanya tidak dicat dengan warna berbeda.

Perhatikan efek darikuaspadacincin perpecahan.Ketika bidang kumparan berputar mencapai horizontal, sikat akan memutuskan kontak (tidak banyak yang hilang, karena toh ini adalah titik torsi nol - gaya bekerja ke dalam).Momentum sudut kumparan membawanya melewati titik putus ini dan arus kemudian mengalir ke arah yang berlawanan, yang membalikkan dipol magnet.Jadi, setelah melewati break point, rotor terus berputar berlawanan arah jarum jam dan mulai sejajar ke arah yang berlawanan.Dalam teks berikut, saya sebagian besar akan menggunakan gambar 'torsi pada magnet', tetapi perlu diketahui bahwa penggunaan sikat atau arus AC dapat menyebabkan kutub elektromagnet tersebut bertukar posisi ketika arus berubah arah.

Torsi yang dihasilkan selama siklus bervariasi dengan pemisahan vertikal dari dua gaya.Oleh karena itu tergantung pada sinus sudut antara sumbu kumparan dan medan.Namun, karena split ring, selalu dalam arti yang sama.Animasi di bawah menunjukkan variasinya dalam waktu, dan Anda dapat menghentikannya pada tahap mana pun dan memeriksa arahnya dengan menerapkan aturan tangan kanan.
 

Motor dan generator

Jika Anda menggunakan energi mekanik untuk memutar kumparan (putaran N, area A) dengan kecepatan sudut seragam ω di medan magnetB, itu akan menghasilkan ggl sinusoidal di koil.ggl (ggl atau gaya gerak listrik hampir sama dengan tegangan).Biarkan θ menjadi sudut antaraBdan normal ke koil, sehingga fluks magnet φ adalah NAB.cos θ.Hukum Faraday memberikan:

• emf = − dφ/dt = − (d/dt) (NBA cos θ)

  = NBA sin θ (dθ/dt) = NBAω sin ωt.

Sebuah alternator

Dalam animasi berikutnya, kedua kuas menghubungi dua cincin yang bersambungan, sehingga kedua terminal eksternal selalu terhubung ke ujung kumparan yang sama.Hasilnya adalah emf sinusoidal yang tidak direktifikasi yang diberikan oleh NBAω sin ωt, yang ditunjukkan pada animasi berikutnya.

Kembali emf

Jadi, inilah akibat wajar yang menarik.Setiap motor adalah generator.Ini benar, dalam arti tertentu, meskipun berfungsi sebagai motor.Ggl yang dihasilkan motor disebutkembali emf.Ggl belakang meningkat dengan kecepatan, karena hukum Faraday.Jadi, jika motor tidak memiliki beban, ia berputar sangat cepat dan mempercepat hingga ggl balik, ditambah penurunan tegangan akibat rugi-rugi, sama dengan tegangan suplai.Ggl belakang dapat dianggap sebagai 'pengatur': ia menghentikan putaran motor dengan sangat cepat (dengan demikian menyelamatkan fisikawan dari rasa malu).Ketika motor dibebani, maka fase tegangan menjadi lebih dekat dengan arus (mulai terlihat resistif) dan resistansi yang tampak ini menghasilkan tegangan.Jadi back ggl yang dibutuhkan lebih kecil, dan motor berputar lebih pelan.(Untuk menambahkan ggl balik, yang bersifat induktif, ke komponen resistif, Anda perlu menambahkan voltase yang tidak sefasa. Lihatsirkuit AC.)

Kumparan biasanya memiliki inti

Dalam praktiknya, (dan tidak seperti diagram yang telah kita gambar), generator dan motor DC seringkali memiliki inti permeabilitas tinggi di dalam koil, sehingga medan magnet yang besar dihasilkan oleh arus sedang.Ini ditunjukkan di sebelah kiri pada gambar di bawah ini di manastator(magnet yang merupakan ion-stat) adalah magnet permanen.

Motor 'universal'

Magnet stator juga dapat dibuat sebagai elektromagnet, seperti yang ditunjukkan di kanan atas.Kedua stator dililitkan pada arah yang sama sehingga memberikan medan pada arah yang sama dan rotor memiliki medan yang berbalik dua kali per siklus karena dihubungkan dengan sikat, yang dihilangkan di sini.Salah satu keuntungan memiliki stator gulungan pada motor adalah seseorang dapat membuat motor yang berjalan pada AC atau DC, yang disebut demikianbermotor universal.Saat Anda menggerakkan motor seperti itu dengan AC, arus dalam koil berubah dua kali dalam setiap siklus (selain perubahan dari sikat), tetapi polaritas stator berubah pada saat yang sama, sehingga perubahan ini dibatalkan.(Sayangnya, bagaimanapun, masih ada kuas, meskipun saya telah menyembunyikannya di sketsa ini.) Untuk kelebihan dan kekurangan magnet permanen versus stator luka, lihatdi bawah.Lihat jugalebih lanjut tentang motor universal.

Membuat motor sederhana

Buat koil dari kawat tembaga yang kaku, sehingga tidak memerlukan dukungan eksternal.Gulung 5 hingga 20 putaran dalam lingkaran dengan diameter sekitar 20 mm, dan kedua ujungnya mengarah secara radial ke arah luar dengan arah yang berlawanan.Ujung-ujung ini akan menjadi poros dan kontak.Jika kawat memiliki insulasi pernis atau plastik, kupas ujungnya.

motor AC

Hal pertama yang harus dilakukan pada motor AC adalah membuat medan putar.AC 'Biasa' dari soket 2 atau 3 pin adalah AC fase tunggal - ia memiliki perbedaan potensial sinusoidal tunggal yang dihasilkan hanya antara dua kabel - aktif dan netral.(Perhatikan bahwa kabel Bumi tidak membawa arus kecuali jika terjadi gangguan listrik.) Dengan AC fase tunggal, seseorang dapat menghasilkan medan putar dengan menghasilkan dua arus yang keluar fase menggunakan misalnya kapasitor.Dalam contoh yang ditunjukkan, dua arus berbeda fase 90°, sehingga komponen vertikal medan magnet adalah sinusoidal, sedangkan komponen horizontal adalah cosusoidal, seperti yang ditunjukkan.Ini memberikan bidang yang berputar berlawanan arah jarum jam.

(* Saya telah diminta untuk menjelaskan ini: dari yang sederhanateori AC, baik kumparan maupun kapasitor tidak memiliki tegangan yang sefase dengan arus.Dalam sebuah kapasitor, tegangan maksimum ketika muatan telah selesai mengalir ke kapasitor, dan akan mulai mengalir.Dengan demikian tegangan berada di belakang arus.Dalam kumparan induktif murni, penurunan tegangan terbesar saat arus berubah paling cepat, yang juga saat arus nol.Tegangan (drop) di depan arus.Dalam gulungan motor, sudut fase agak kurang dari 90°, karena energi listrik diubah menjadi energi mekanik.)

Dalam animasi ini, grafik menunjukkan variasi waktu arus pada kumparan vertikal dan horizontal.Plot komponen lapangan B_xdan B_ymenunjukkan bahwa jumlah vektor dari kedua bidang ini adalah bidang yang berputar.Gambar utama menunjukkan bidang yang berputar.Itu juga menunjukkan polaritas magnet: seperti di atas, biru melambangkan kutub Utara dan merah melambangkan kutub Selatan.

Jika kita meletakkan magnet permanen di area medan putar ini, atau jika kita meletakkan kumparan yang arusnya selalu searah, maka ini menjadi amotor sinkron.Dalam berbagai kondisi, motor akan berputar dengan kecepatan medan magnet.Jika kita memiliki banyak stator, alih-alih hanya dua pasang yang ditunjukkan di sini, maka kita dapat menganggapnya sebagai motor stepper: setiap pulsa menggerakkan rotor ke pasangan kutub penggerak berikutnya.Harap ingat peringatan saya tentang geometri ideal: motor stepper nyata memiliki lusinan kutub dan geometri yang cukup rumit!

Motor induksi

Animasi di sebelah kanan mewakili amotor sangkar tupai.Sangkar tupai memiliki (dalam geometri yang disederhanakan ini!) dua konduktor melingkar yang dihubungkan oleh beberapa batang lurus.Setiap dua batang dan busur yang bergabung dengannya membentuk gulungan – seperti yang ditunjukkan oleh garis biru di animasi.(Hanya dua dari banyak rangkaian yang mungkin telah diperlihatkan, untuk penyederhanaan.)

Skema ini menunjukkan mengapa mereka disebut motor sangkar tupai.Kenyataannya berbeda: untuk foto dan detail lainnya, lihatMotor induksi.Masalah dengan motor induksi dan sangkar tupai yang ditampilkan dalam animasi ini adalah kapasitor bernilai tinggi dan tegangan tinggi mahal.Salah satu solusinya adalah motor 'kutub berbayang', tetapi medan putarnya memiliki beberapa arah di mana torsinya kecil, dan memiliki kecenderungan untuk berjalan mundur dalam beberapa kondisi.Cara paling rapi untuk menghindari ini adalah dengan menggunakan motor multifasa.

Motor induksi AC tiga fasa

Jika seseorang meletakkan magnet permanen di set stator seperti itu, itu menjadi amotor tiga fasa sinkron.Animasi menunjukkan sangkar tupai, di mana untuk kesederhanaan hanya satu dari banyak loop arus induksi yang ditampilkan.Tanpa beban mekanis, itu berputar hampir sefasa dengan medan putar.Rotor tidak harus berupa sangkar tupai: sebenarnya setiap konduktor yang membawa arus eddy akan berputar, cenderung mengikuti medan yang berputar.Susunan ini dapat memberikan suatumotor induksimampu menghasilkan efisiensi tinggi, daya tinggi, dan torsi tinggi pada berbagai tingkat rotasi.

Motor linier