Elektromotory

Elektromotory jsou stroje, které přeměňují elektrickou energii na mechanickou. Děje se tak prostřednictvím magnetické síly (viz kapitola 19). Každý magnet, který se ocitne v magnetickém poli jiného magnetu, má tendenci natočit se do směru tohoto magnetického pole. Magnetické pole působí na magnet dvojicí sil, která má otáčivý účinek. Prakticky si to můžeme vyzkoušet pomocí magnetu tvořeného obdélníkovou smyčkou protékanou proudem (viz obrázek). V obrázku vidíte zakresleny magnetické síly, jejichž směr vyplývá z orientace proudu a magnetického pole.

20.22 – Na obdélníkovou smyčku působí v magnetickém poli dvojice sil, která ji otočí.
Zdroj

Kontrolní otázka

Jakou polohu zaujme smyčka na obrázku, jestliže se směr proudu nebude měnit?

vodorovnou;
svislou.

Odeslat  

Kontrolní otázka

V jaké poloze bude na smyčku působit největší moment sil?

ve vodorovné;
ve svislé.

Odeslat  

Otáčení magnetu ve vnějším magnetickém poli je základním principem všech typů elektromotorů. Podle technického provedení pak rozlišujeme několik typů elektromotorů.

Elektromotory

Bezkartáčový motor

Principiálně nejjednodušším typem je bezkartáčový motor (brushless motor). Jeho rotor (tj. otáčející se část) tvoří sada trvalých magnetů, stator (pevná část) je složen ze souborů elektromagnetů. Řídící elektronika postupně zapíná elektromagnety po obvodu tak, aby se k nim magnet rotoru natáčel.

Řídící elektronika dokáže precizně regulovat výkon a otáčky těchto motorů. Proto se využívají ve výpočetní technice (pohon pevného disku, CD mechanik, ventilátorů),v elektromobilních dopravních prostředcích (elektrické koloběžky, bicykly, skútry, automobily) a v průmyslu (čerpadla, nářadí).

Zvláštní variantou bezkartáčového motoru je tzv. krokový motor (stepper motor), který díky speciální konstrukci rotoru umožňuje natáčet rotor po jednotlivých krocích (běžně kolem 200 kroků na jednu otáčku). Díky tomu je možné motor nejen roztáčet, ale také natáčet o potřebný úhel. Proto jsou krokové motory ideální pro pohon robotických systémů, tiskáren apod. Princip fungování motoru ukazuje krátké video: https://www.youtube.com/watch?v=eyqwLiowZiU.

Asynchronní motor

Bezkartáčové motory se otáčejí se stejnou frekvencí, s jakou se přepínají cívky ve statoru, proto se jim často říká synchronní motory. Mírně odlišného principu využívají asynchronní motory. Jejich rotor tvoří uzavřená kovová klec, která není feromagnetická. Cívky ve statoru vytvářejí otáčející se magnetické pole (cívky samozřejmě stojí, efekt rotujícího pole je zajištěn přepínáním cívek). Díky otáčení magnetického pole se ve vodičích rotoru indukuje elektrický proud. Rotor se proto chová jako elektromagnet a začne se v poli statoru roztáčet. Čím větší zpoždění mají otáčky rotoru vůči otáčkám pole statoru, tím větší proud se v rotoru indukuje a tím větší má motor výkon.

Asynchronní motory se využívají všude tam, kde je požadavek na velký točivý moment, například u tramvají a vlaků.

Komutátorový motor

Oba výše zmíněné typy motorů fungují díky elektronickému řízení. V mnoha aplikacích se dodnes setkáme také s původní konstrukcí motoru, která se používala před rozšířením elektroniky. Tento typ motoru je ovládaný mechanicky. Jeho základem je komutátor – prstenec s vodivými kontakty, do kterých se přivádí proud pomocí tzv. kartáčků (název je historický, v dnešní době jsou kartáčky bez výjimky vyráběny ve formě grafitových kvádříků).

Rotor je tvořen souborem cívek, které jsou připojeny na kontakty komutátoru. Kartáčky přivádějí do rotoru proud z vnějšího zdroje – rotorem protéká proud, i když se otáčí. Vnější magnetické pole statoru zajišťují buďto trvalé magnety (u stejnosměrného motoru), nebo elektromagnety (u střídavého motoru).

Díky komutátoru teče cívkami rotoru proud vždy tím „správným“ směrem – vzniklý magnetický moment zajišťuje stálý směr otáčení.

Stejnosměrné motory se díky své jednoduché konstrukci používají u hraček a spotřebičů napájených z akumulátoru, střídavé motory u většiny domácích spotřebičů.

Příklad 1

Porovnejte princip jednotlivých typů elektromotorů. Doplňte informace do tabulky.

název motoru
stator
rotor
výhody
využití

Řešení:

název motoru	bezkartáčový	asynchronní	komutátorový
stator	cívky	cívky	cívky nebo trvalé magnety
rotor	trvalé magnety	vodivá klec	soubor cívek
výhody	přesné ovládání	velký točivý moment a velký výkon	jednoduchá konstrukce
využití	elektronika, roboti, automobily, kola	dopravní prostředky	domácí spotřebiče