Kifaa kinachozunguka sumaku. Electrogravity ni rahisi

Leo, sumaku za kudumu zinapatikana maombi muhimu katika nyanja nyingi za maisha ya mwanadamu. Wakati mwingine hatuoni uwepo wao, hata hivyo, karibu na ghorofa yoyote katika vifaa mbalimbali vya umeme na ndani vifaa vya mitambo, ukiangalia kwa karibu, unaweza kupata. Shaver na spika, kicheza video na Saa ya Ukuta, Simu ya rununu na tanuri ya microwave, mlango wa jokofu, hatimaye - unaweza kupata sumaku za kudumu kila mahali.

Zinatumika katika teknolojia ya matibabu na katika vifaa vya kupimia, katika zana mbalimbali na katika tasnia ya magari, katika motors za DC, in mifumo ya akustisk, katika vifaa vya umeme vya kaya na katika maeneo mengi, mengine mengi: uhandisi wa redio, kufanya chombo, automatisering, telemechanics, nk - hakuna maeneo haya yanaweza kufanya bila matumizi ya sumaku za kudumu.

Suluhisho mahususi kwa kutumia sumaku za kudumu zinaweza kuorodheshwa bila mwisho, hata hivyo, mada ya kifungu hiki itakuwa. mapitio mafupi matumizi kadhaa ya sumaku za kudumu katika uhandisi wa umeme na tasnia ya nguvu.

Tangu wakati wa Oersted na Ampère, imejulikana sana kuwa kondakta zinazobeba sasa na sumaku-umeme huingiliana na. shamba la sumaku sumaku ya kudumu. Uendeshaji wa injini nyingi na jenereta inategemea kanuni hii. Sio lazima utafute mbali kwa mifano. Shabiki katika usambazaji wa nishati ya kompyuta yako ina rotor na stator.

Impeller yenye vile ni rotor yenye sumaku za kudumu zilizopangwa kwenye mduara, na stator ni msingi wa electromagnet. Kwa remagnetizing stator, mzunguko wa umeme hujenga athari za mzunguko wa shamba la magnetic ya stator, shamba la magnetic ya stator, akijaribu kuvutiwa nayo, ikifuatiwa na rotor magnetic - shabiki huzunguka. Mzunguko unatekelezwa kwa njia sawa gari ngumu, na kufanya kazi vivyo hivyo.

Katika jenereta za umeme, sumaku za kudumu pia zimepata matumizi yao. Jenereta za synchronous kwa windmills za nyumbani, kwa mfano, ni moja ya maeneo ya maombi.

Vipu vya jenereta ziko kwenye stator ya jenereta karibu na mzunguko, ambayo, wakati wa uendeshaji wa windmill, huvuka na shamba la magnetic mbadala la kusonga (chini ya hatua ya upepo wa upepo kwenye vile) sumaku za kudumu zilizowekwa kwenye rotor. Kwa kutii, waendeshaji wa coil za jenereta walivuka na sumaku moja kwa moja kwenye mzunguko wa watumiaji.

Jenereta hizo hazitumiwi tu katika upepo wa upepo, lakini pia katika baadhi ya mifano ya viwanda, ambapo sumaku za kudumu zimewekwa kwenye rotor badala ya upepo wa msisimko. Faida ya ufumbuzi na sumaku ni uwezo wa kupata jenereta kwa kasi ya chini ya majina.

Diski ya conductive inazunguka kwenye uwanja wa sumaku ya kudumu. Matumizi ya sasa, kupita kwenye diski, yanaingiliana na shamba la magnetic ya sumaku ya kudumu, na disk inazunguka.

Ukubwa wa sasa, juu ya mzunguko wa mzunguko wa diski, kwani torque imeundwa na nguvu ya Lorentz inayofanya kazi ya kusonga chembe za kushtakiwa ndani ya diski kutoka kwa shamba la magnetic ya sumaku ya kudumu. Kwa kweli, counter vile ni nguvu ndogo na sumaku kwenye stator.

Kupima mikondo ya chini, hutumiwa - nyeti sana vyombo vya kupimia. Hapa, sumaku ya farasi inaingiliana na coil ndogo inayobeba sasa ambayo imesimamishwa kwenye pengo kati ya miti ya sumaku ya kudumu.

Kupotoka kwa coil wakati wa kipimo ni kwa sababu ya torque ambayo huundwa kwa sababu ya induction ya sumaku ambayo hufanyika wakati sasa inapita kupitia coil. Kwa hivyo, kupotoka kwa coil kunageuka kuwa sawia na thamani ya induction inayosababisha ya sumaku kwenye pengo, na, ipasavyo, kwa sasa kwenye waya wa coil. Kwa kupotoka kidogo, kiwango cha galvanometer ni laini.

Labda una microwave jikoni yako. Na ina sumaku mbili za kudumu. Ili kutengeneza safu ya microwave, imewekwa kwenye microwave. Ndani ya magnetron, elektroni husogea katika utupu kutoka kwa cathode hadi anode, na katika mchakato wa harakati, trajectory yao lazima iwekwe ili resonators kwenye anode ziwe na msisimko wa kutosha.

Ili kupiga trajectory ya elektroni, sumaku za kudumu za pete zimewekwa juu na chini ya chumba cha utupu cha magnetron. Uga wa sumaku wa sumaku za kudumu hupinda njia za elektroni ili vortex yenye nguvu ya elektroni ipatikane, ambayo husisimua resonators, ambayo kwa upande wake hutoa mawimbi ya sumakuumeme ya microwave ili joto la chakula.

Ili kichwa cha diski ngumu kiweke kwa usahihi, harakati zake katika mchakato wa kuandika na kusoma habari lazima zidhibitiwe na kudhibitiwa kwa usahihi. Mara nyingine tena, sumaku ya kudumu inakuja kuwaokoa. Ndani ya diski ngumu, katika uwanja wa magnetic wa sumaku ya kudumu ya kudumu, coil yenye hatua za sasa, iliyounganishwa na kichwa.

Wakati sasa inatumika kwa coil ya kichwa, uwanja wa sumaku wa sasa huu, kulingana na thamani yake, hufukuza coil kutoka kwa sumaku ya kudumu yenye nguvu au dhaifu, kwa mwelekeo mmoja au mwingine, hivyo kichwa huanza kusonga, na kwa usahihi wa juu. Harakati hii inadhibitiwa na microcontroller.

Ili kuongeza ufanisi wa matumizi ya nishati, katika baadhi ya nchi, vifaa vya kuhifadhi nishati ya mitambo vinajengwa kwa makampuni ya biashara. Hizi ni waongofu wa electromechanical wanaofanya kazi kwa kanuni ya hifadhi ya nishati ya inertial kwa namna ya nishati ya kinetic ya flywheel inayozunguka, inayoitwa.

Kwa mfano, nchini Ujerumani, ATZ imeunda kifaa cha kuhifadhi nishati ya kinetic cha 20 MJ chenye uwezo wa kW 250, na maudhui maalum ya nishati ya takriban 100 Wh / kg. Kwa flywheel yenye uzito wa kilo 100, inayozunguka saa 6000 rpm, muundo wa cylindrical na kipenyo cha mita 1.5, fani za ubora wa juu zilihitajika. Matokeo yake, kuzaa chini kulifanywa, bila shaka, kwa misingi ya sumaku za kudumu.

Leo ni jaribio lingine kwako, ambalo, tunatarajia, litakufanya ufikirie. Huu ni utelezi unaobadilika katika uga wa sumaku. Katika kesi hiyo, sumaku moja ya pete iko juu ya sawa, lakini kubwa zaidi. Sumaku zinauzwa kwa bei nafuu katika duka hili la Kichina.

Hii ni Levitron ya kawaida, ambayo tayari imeonyeshwa kabla (nyenzo). Sumaku kubwa na ndogo. Wao huelekezwa kwa kila mmoja kwa miti ya jina moja, kwa mtiririko huo, wao huwafukuza kila mmoja, kutokana na hili, levitation hutokea. Kuna, bila shaka, cavity magnetic, au uwezo vizuri, ambayo sumaku ya juu inakaa. Jambo lingine ni kwamba inazunguka kwa sababu ya wakati wa gyroscopic, haina kugeuka kwa muda hadi kasi yake itapungua.

Madhumuni ya jaribio ni nini?

Ikiwa tutazungusha sehemu ya juu ili tu kuzuia kupinduka, swali litatokea. Kwa ajili ya nini? Ikiwa unaweza kuchukua aina fulani ya sindano ya kuunganisha, kwa mfano, moja ya mbao. Ambatisha sumaku ya juu kwa ukali, na hutegemea kipakiaji kutoka chini na uweke muundo huu juu ya pili. Kwa hivyo, kwa nadharia, inapaswa pia kunyongwa, na uzani wa chini hautaruhusu kupinduka.

Itakuwa muhimu kuweka usawa wa wingi wa juu hii inazunguka kwa usahihi sana. Inaweza kugeuka levitation ya magnetic bila gharama za nishati.

Inafanyaje kazi?

Hapa kuna sumaku ya pete, sindano ya mbao imeingizwa kwa ukali ndani yake. Ifuatayo ni sahani ya plastiki yenye shimo kwa kuimarisha spokes. Na mwisho - uzito. Kipande cha plastiki kwa marekebisho rahisi zaidi ya uteuzi wa misa. Unaweza kuuma kidogo na kuchukua misa kama hiyo ya muundo huu wote ili sumaku ndogo ya pete ianguke wazi kwenye eneo la levitation.

Hebu tuweke kwa makini ndani ya sumaku ya chini, ni aina ya hutegemea. Kwa kipande cha plexiglass, unaweza kujaribu kuimarisha msimamo wake. Lakini kwa sababu fulani hii haimpi utulivu wa usawa.

Ikiwa utaondoa sahani na kurudi kila kitu nyuma, basi sumaku, pamoja na mhimili ambao hutegemea, itaanguka kando. Inapozunguka, kwa sababu fulani imetulia kwenye shimo la magnetic. Ingawa, makini, wakati wa mzunguko huu huenda kutoka upande hadi upande, labda kwa milimita tano. Kwa njia hiyo hiyo, inazunguka katika nafasi ya wima kutoka juu hadi chini. Inaonekana kwamba kisima hiki cha magnetic kina kurudi nyuma fulani. Mara tu sumaku ya juu inapoanguka ndani ya shimo, inakamata na kuishikilia. Inabakia tu wakati wa gyroscopic kuhakikisha kuwa sumaku hii haigeuki.

Je, lengo la jaribio lilikuwa nini?

Angalia, ikiwa tunafanya ujenzi ulioonyeshwa na mhimili, kwa kweli hufanya kitu kimoja, kuzuia sumaku kupinduka. Inaleta kwenye ukanda wa shimo linalowezekana, tunachagua uzito wa muundo huu. Sumaku iko kwenye shimo, lakini, kuingia ndani yake, kwa sababu fulani haina utulivu kwa usawa. Bado, muundo huu unaanguka upande.

Baada ya jaribio hili, kuna swali kuu: kwa nini sio haki, wakati sumaku hii inazunguka kama juu, hutegemea kisima kinachowezekana, kila kitu kimeimarishwa kikamilifu na kutekwa; na wakati hali sawa zinaundwa, kila kitu ni sawa, yaani, wingi na urefu, shimo inaonekana kutoweka. Inajitokeza tu.

Kwa nini hakuna utulivu wa sumaku ya juu?

Labda hii ni kwa sababu haiwezekani kufanya sumaku kuwa kamili. Wote katika sura na magnetization. Shamba lina dosari, upotoshaji, na kwa hivyo sumaku zetu mbili haziwezi kupata hali ya usawa ndani yake. Hakika watateleza, kwa sababu hakuna msuguano kati yao. Na wakati Levitron inapozunguka, mashamba yanaonekana kuwa laini, sehemu ya juu ya muundo haina muda wa kwenda upande wakati wa mzunguko.

Hii inaeleweka, lakini kilichomsukuma mwandishi wa video kufanya jaribio hili ni uwepo wa kisima kinachowezekana. Ilitarajiwa kwamba shimo hili lilikuwa na ukingo fulani wa usalama kushikilia muundo. Lakini, ole, kwa sababu fulani hii haikutokea. Ningependa kusoma maoni yako kuhusu kitendawili hiki.

Kuna nyenzo zaidi juu ya mada hii.

Kusoma diski ya Faraday na kinachojulikana. "Kitendawili cha Faraday", alitumia kadhaa majaribio rahisi na kufanya baadhi ya matokeo ya kuvutia. Kwanza kabisa, juu ya kile kinachopaswa kulipwa kipaumbele zaidi ili kuelewa vizuri taratibu zinazotokea katika mashine hii (na sawa) ya unipolar.

Kuelewa kanuni ya uendeshaji wa diski ya Faraday pia husaidia kuelewa jinsi transfoma zote, coils, jenereta, motors za umeme (ikiwa ni pamoja na jenereta ya unipolar na motor unipolar), nk, hufanya kazi kwa ujumla.

Katika kumbuka, michoro na video ya kina na uzoefu tofauti unaoonyesha hitimisho zote bila fomula na mahesabu, "kwenye vidole."

Yote yafuatayo ni jaribio la kufahamu bila kujifanya kuegemea kitaaluma.

Mwelekeo wa mistari ya shamba la magnetic

Hitimisho kuu ambalo nilijifanyia mwenyewe: jambo la kwanza unapaswa kuzingatia kila wakati katika mifumo kama hii jiometri ya shamba la magnetic, mwelekeo na usanidi mistari ya nguvu.

Jiometri tu ya mistari ya shamba la sumaku, mwelekeo na usanidi wao unaweza kuleta uwazi fulani kwa uelewa wa michakato inayotokea kwenye jenereta ya unipolar au motor unipolar, diski ya Faraday, pamoja na kibadilishaji chochote, coil, motor ya umeme, jenereta, nk.

Kwa mimi mwenyewe, nilisambaza kiwango cha umuhimu kama ifuatavyo - 10% fizikia, 90% jiometri(uwanja wa sumaku) kuelewa kinachotokea katika mifumo hii.

Kila kitu kinaelezewa kwa undani zaidi kwenye video (tazama hapa chini).

Ni lazima ieleweke kwamba diski ya Faraday na mzunguko wa nje na mawasiliano ya kuteleza kwa namna fulani huunda inayojulikana tangu nyakati za shule. fremu- imeundwa na sehemu ya diski kutoka katikati yake hadi makutano na mawasiliano ya kuteleza kwenye makali yake, na vile vile mzunguko mzima wa nje(makondakta wanaofaa).

Mwelekeo wa kikosi cha Lorentz, Ampere

Kikosi cha Ampere ni kesi maalum ya kikosi cha Lorentz (tazama Wikipedia).

Picha mbili hapa chini zinaonyesha nguvu ya Lorentz ikifanya kazi kwa malipo chanya katika saketi nzima ("fremu") kwenye uwanja wa sumaku ya aina ya donati. kwa kesi wakati mzunguko wa nje umeunganishwa kwa ukali na diski ya shaba(yaani wakati hakuna mawasiliano ya kuteleza na mzunguko wa nje unauzwa moja kwa moja kwenye diski).

1 mchele. - kwa kesi wakati mzunguko mzima unazungushwa na nguvu ya nje ya mitambo ("jenereta").
2 mchele. - kwa kesi wakati sasa ya moja kwa moja hutolewa kwa njia ya mzunguko kutoka kwa chanzo cha nje ("motor").

Bofya kwenye moja ya picha ili kupanua.

Nguvu ya Lorentz inadhihirishwa (ya sasa inazalishwa) tu katika sehemu za saketi INAYOSOGEA kwenye uwanja wa sumaku.

Jenereta ya Unipolar

Kwa hivyo, kwa kuwa nguvu ya Lorentz inayofanya kazi kwenye chembe za kushtakiwa za diski ya Faraday au jenereta ya unipolar itafanya kinyume na sehemu tofauti za mzunguko na diski, basi ili kupata sasa kutoka kwa mashine hii, ni sehemu hizo tu za mzunguko (ikiwa iwezekanavyo) inapaswa kuwekwa katika mwendo (kuzunguka), mwelekeo wa vikosi vya Lorentz ambavyo vitafuatana. Sehemu zilizobaki lazima zisasishwe au kutengwa na mzunguko, au zungusha kwa upande kinyume .

Mzunguko wa sumaku haubadilishi usawa wa uwanja wa sumaku karibu na mhimili wa mzunguko (tazama sehemu ya mwisho), kwa hivyo, haijalishi ikiwa sumaku imesimama au inazunguka (ingawa hakuna sumaku bora, na inhomogeneity ya shamba karibu mhimili wa magnetization unaosababishwa na kutosha ubora wa sumaku, pia ina athari fulani kwenye matokeo).

Hapa jukumu muhimu linachezwa na ambayo sehemu ya mzunguko mzima (ikiwa ni pamoja na waya za kuongoza na mawasiliano) huzunguka na ambayo imesimama (kwani nguvu ya Lorentz hutokea tu katika sehemu ya kusonga). Na muhimu zaidi - katika sehemu gani ya uwanja wa sumaku sehemu inayozunguka iko, na kutoka kwa sehemu gani ya diski sasa inachukuliwa.

Kwa mfano, ikiwa diski inatoka mbali zaidi ya sumaku, basi katika sehemu ya diski inayojitokeza zaidi ya makali ya sumaku, sasa ya mwelekeo kinyume na sasa inaweza kuondolewa, ambayo inaweza kuondolewa katika sehemu ya diski. iko moja kwa moja juu ya sumaku.

Unipolar motor

Yote ya hapo juu kuhusu jenereta pia ni kweli kwa hali ya "injini".

Inahitajika kutumia sasa, ikiwa inawezekana, kwa sehemu hizo za diski ambayo nguvu ya Lorentz itaelekezwa kwa mwelekeo mmoja. Ni sehemu hizi ambazo zinapaswa kutolewa, kuruhusu kuzunguka kwa uhuru na "kuvunja" mzunguko katika maeneo sahihi kwa kuweka mawasiliano ya sliding (angalia takwimu hapa chini).

Maeneo yaliyobaki yanapaswa, ikiwezekana, kutengwa au kupunguzwa.

Video - majaribio na hitimisho

Wakati hatua mbalimbali video hii:

Dakika 3 sekunde 34- uzoefu wa kwanza

Dakika 7 sekunde 08- nini cha kulipa kipaumbele kuu na kuendelea kwa majaribio

Dakika 16 sekunde 43- maelezo muhimu

Dakika 22 sekunde 53- UZOEFU KUU

Dakika 28 sekunde 51- Sehemu ya 2, uchunguzi wa kuvutia na majaribio zaidi

Dakika 37 sekunde 17- hitimisho potofu la moja ya majaribio

Dakika 41 sekunde 01- kuhusu kitendawili cha Faraday

Nini huzuia nini?

Mhandisi mwenzangu wa vifaa vya elektroniki na mimi tulijadili mada hii kwa muda mrefu na akatoa wazo lililojengwa karibu na neno " chukizwa".
Wazo ambalo ninakubaliana nalo ni kwamba ikiwa kitu kinaanza kusonga, basi lazima kiondolewe kutoka kwa kitu. Ikiwa kitu kinasonga, basi kinahamia jamaa na kitu.

Kuweka tu, tunaweza kusema kwamba sehemu ya kondakta (mzunguko wa nje au disk) inarudishwa na sumaku! Ipasavyo, nguvu za kuchukiza hutenda kwenye sumaku (kupitia shamba). Vinginevyo, picha nzima huanguka na kupoteza mantiki. Kuhusu mzunguko wa sumaku - tazama sehemu hapa chini.

Katika picha (unaweza kubofya ili kupanua) - chaguzi kwa hali ya "injini".
Kwa hali ya "jenereta", kanuni sawa hufanya kazi.

Hapa majibu ya hatua hutokea kati ya "washiriki" wawili wakuu:

sumaku (uwanja wa sumaku)

maeneo mbalimbali kondakta (chembe za kondakta zilizochajiwa)

Ipasavyo, wakati diski inapozunguka, na sumaku imesimama, basi hatua-majibu hutokea kati sumaku na sehemu ya diski .

Na lini sumaku inazunguka pamoja na diski, basi hatua-majibu hutokea kati sumaku na sehemu ya nje ya mnyororo (waya za risasi zisizohamishika). Ukweli ni kwamba mzunguko wa sumaku unaohusiana na sehemu ya nje ya mzunguko ni sawa na mzunguko wa sehemu ya nje ya mzunguko unaohusiana na sumaku iliyowekwa (lakini kinyume chake). Katika kesi hiyo, disk ya shaba karibu haishiriki katika mchakato wa "repulsion".

Inabadilika kuwa, tofauti na chembe za kushtakiwa za kondakta (ambazo zinaweza kusonga ndani yake), uwanja wa magnetic umeunganishwa kwa ukali na sumaku. Pamoja pamoja na mduara kuzunguka mhimili wa sumaku.
Na hitimisho moja zaidi: nguvu inayovutia sumaku mbili za kudumu sio nguvu fulani ya kushangaza inayolingana na nguvu ya Lorentz, lakini hii ni nguvu ya Lorentz. Yote ni juu ya "mzunguko" wa elektroni na " jiometri". Lakini hiyo ni hadithi nyingine...

Mzunguko wa sumaku tupu

Kuna tukio la kuchekesha mwishoni mwa video na hitimisho la kwa nini Sehemu mzunguko wa umeme unaweza kufanywa kuzunguka, lakini haiwezekani kufanya sumaku ya "donut" kuzunguka mhimili wa magnetization (pamoja na mzunguko wa umeme wa DC).

Kondakta inaweza kuvunjwa katika maeneo ya mwelekeo kinyume cha nguvu ya Lorentz, lakini sumaku haiwezi kuvunjwa.

Ukweli ni kwamba sumaku na kondakta mzima (mzunguko wa nje na diski yenyewe) huunda jozi iliyounganishwa - mifumo miwili ya kuingiliana, kila mmoja wao imefungwa ndani yako . Katika kesi ya conductor - imefungwa mzunguko wa umeme, katika kesi ya sumaku - "imefungwa" mistari ya nguvu shamba la sumaku.

Wakati huo huo, katika mzunguko wa umeme, conductor inaweza kuwa kimwili mapumziko, bila kuvunja mzunguko yenyewe (kwa kuweka diski na wawasiliani wa kuteleza), katika sehemu hizo ambapo nguvu ya Lorentz "inajitokeza" kwa upande mwingine, "ilitoa" sehemu tofauti za mzunguko wa umeme ili kusonga (kuzunguka) kila moja kwa mwelekeo wake tofauti kwa kila mmoja, na kuvunja "mnyororo" wa shamba la sumaku. au mistari ya sumaku ya nguvu, ili sehemu tofauti za shamba la sumaku "hazikuingiliana" kwa kila mmoja - inaonekana kuwa haiwezekani (?). Hakuna ufanano wa "waasiliani za kuteleza" kwa uga wa sumaku au sumaku inaonekana kuwa bado imevumbuliwa.

Kwa hiyo, kuna shida na mzunguko wa sumaku - shamba lake la magnetic ni mfumo muhimu, ambao daima umefungwa yenyewe na hauwezi kutenganishwa katika mwili wa sumaku. Ndani yake, nguvu zinazopingana katika maeneo ambayo uwanja wa sumaku iko katika mwelekeo tofauti hulipwa kwa pande zote, na kuacha sumaku bila kusonga.

Ambapo, Kazi Nguvu ya Lorentz, Ampere katika kondakta fasta katika uwanja wa sumaku, inaonekana huenda sio tu kwa joto la kondakta, bali pia kuvuruga kwa mistari ya shamba la magnetic sumaku.

JAPO KUWA! Itakuwa ya kuvutia kufanya majaribio ambayo, kwa njia ya kondakta fasta iko katika uwanja wa sumaku, kupita mkondo mkubwa, na uone jinsi sumaku itafanya. Je! sumaku itawaka, itapunguza sumaku, au labda itavunjika vipande vipande (na kisha inavutia - katika maeneo gani?).

Yote haya hapo juu ni jaribio la kuelewa bila kujifanya kuegemea kitaaluma.

Maswali

Kile ambacho bado hakijawa wazi kabisa na kinahitaji kuangaliwa:

1. Bado inawezekana kufanya sumaku kuzunguka kando na diski?

Ikiwa unatoa fursa kwa wote disk na sumaku, kwa uhuru kuzunguka kwa kujitegemea, na uomba sasa kwenye diski kupitia mawasiliano ya kuteleza, je diski na sumaku zitazunguka? Na ikiwa ni hivyo, sumaku itazunguka upande gani? Kwa jaribio, unahitaji kubwa Sumaku ya Neodymium- Sina bado. Kwa sumaku ya kawaida, hakuna nguvu ya kutosha ya shamba la sumaku.

2. Mzunguko wa sehemu tofauti za diski katika mwelekeo tofauti

Ikiwa imefanywa kwa uhuru mzunguko wa kujitegemea wa kila mmoja na kutoka kwa sumaku ya stationary - sehemu ya kati ya diski (juu ya "shimo la donut" la sumaku), sehemu ya kati ya diski, pamoja na sehemu ya diski inayojitokeza zaidi ya makali ya sumaku, na tumia sasa. kwa njia ya mawasiliano ya sliding (ikiwa ni pamoja na mawasiliano ya sliding kati ya sehemu hizi zinazozunguka za diski ) - je, sehemu za kati na kali za disk zitazunguka katika mwelekeo mmoja, na moja ya kati - kinyume chake?

3. Nguvu ya Lorentz ndani ya sumaku

Je, nguvu ya Lorentz hutenda kazi kwenye chembe ndani ya sumaku ambayo uga wake wa sumaku umepotoshwa na nguvu za nje?

Tatizo la uvumbuzi wa mashine ya mwendo wa kudumu ilianza kuwatia wasiwasi wabunifu na fundi mitambo kwa muda mrefu. Kuwepo kwa kifaa kama hicho kwa kiwango kikubwa kunaweza kubadilisha sana maisha katika udhihirisho wake wote na kuharakisha maendeleo ya maeneo mengi ya sayansi na tasnia.

Kutoka kwa historia ya uvumbuzi wa motor magnetic

Historia ya kuonekana kwa kwanza kwa motor ya sumaku huanza mnamo 1969. Ilikuwa mwaka huu ambapo mpira ulizuliwa na kujenga mfano wa kwanza wa utaratibu huu, ambao ulikuwa na kesi ya mbao na sumaku kadhaa.

Nguvu za sumaku hizi zilikuwa dhaifu sana kwamba nishati yake ilikuwa ya kutosha tu kuzunguka rotor. Motor hii ya magnetic iliundwa na mtengenezaji Michael Brady kwa mikono yake mwenyewe. Mvumbuzi alitumia muda mwingi wa maisha yake kuunda injini. Na katika miaka ya 90 ya karne iliyopita, aliunda mfano mpya kabisa, ambao alipokea patent.

Hatua za kwanza

Kuchukua motor ya sumaku kama msingi, kwa mikono yake mwenyewe na kwa ushiriki wa msaidizi, Brady alitengeneza jenereta ya umeme ambayo ilikuwa na nguvu ndogo ya 6 kW. Chanzo cha nguvu kilikuwa injini ya nguvu, ambayo ilifanya kazi pekee kwenye sumaku za kudumu.

Lakini mtindo huu ulikuwa na shida yake - kasi ya injini na nguvu ilibaki mara kwa mara.

Ugumu huu uliojitokeza uliwafanya wanasayansi kuunda mfano wa kifaa ambacho iliwezekana kubadilisha nguvu ya torque na kasi ya mzunguko wa rotor. Kwa kufanya hivyo, pamoja na sumaku za kudumu, ilikuwa ni lazima kuongeza coils za magnetic kwenye kubuni ili kuimarisha shamba la magnetic.

Kwa hiyo inawezekana sasa, wakati sayansi imepiga hatua mbele, na tumezungukwa na idadi kubwa ya vitu vya kipekee katika asili, ili kuunda motor ya sumaku ya kudumu kwa mikono yetu wenyewe? Injini kama hiyo inaweza kujengwa, lakini ufanisi wake utakuwa chini kabisa, na uvumbuzi yenyewe utaonekana zaidi kama mfano wa maandamano kuliko kitengo kikubwa.

Nini kitahitajika?

Ili kuunda mfano rahisi wa motor ya sumaku, utahitaji sumaku za neodymium, plastiki au mdomo mwingine wa dielectric, shimoni iliyo na upinzani mdogo wa kuzunguka, zana kadhaa na vitu vingine vidogo ambavyo vinaweza kuwa karibu kila wakati.

Mchakato wa mkutano

Unapaswa kuanza kukusanya motor ya magnetic na mikono yako mwenyewe kwa kuimarisha sumaku za neodymium karibu na mzunguko mzima wa mdomo uliopo. Sumaku zinapaswa kuwa gorofa na kuwa na eneo la juu. Unaweza kurekebisha sumaku na gundi, zinapaswa kuwa karibu iwezekanavyo kwa kila mmoja ili kuunda shamba moja la sumaku linaloendelea. Kwa kuongezea, sumaku zote lazima zigeuzwe nje na nguzo sawa.

Mdomo ulio na sumaku zilizowekwa kwa nguvu juu yake unapaswa kuwekwa kwenye ndege ya usawa, kwa mfano, kwenye karatasi ya plywood au ubao. Katikati ya muundo huu, unahitaji kuweka shimoni inayozunguka, juu kidogo kuliko urefu wa mdomo.

Kamba au bomba la nyenzo zisizo za conductive zinapaswa kuenea kutoka juu ya shimoni, kwa muda mrefu kidogo kuliko radius ya mdomo, ambayo sumaku pia itawekwa sambamba na pete ya sumaku. Kwa kuongezea, sumaku hii inapaswa kuwekwa na nguzo sawa na sumaku zingine kama zile zilizowekwa kwenye mdomo.

Kwa hiyo, kwa kutoa kasi kidogo kwa sumaku iko kwenye shimoni, mtu anaweza kuchunguza mzunguko wake karibu na mhimili. Katika kesi hiyo, mzunguko utakuwa mara kwa mara ikiwa shamba la magnetic linaloendelea linaundwa karibu na mdomo. Mzunguko huo unapatikana kwa mwingiliano wa mashamba ya magnetic ya ishara sawa, yaani kukataa kwao. Sehemu ya sumaku iliyoundwa karibu na mdomo ni nguvu zaidi na inajaribu kusukuma sumaku moja kutoka kwa mipaka yake, ambayo husababisha kuzunguka.

Hata kama unatumia zaidi sumaku kali, basi uwezo wa kifaa hiki utakuwa mdogo sana na hauwezi kubeba kazi yoyote ya vitendo. Ikiwa unajaribu kuifanya upya kwa kiwango kikubwa, basi uwanja wa magnetic unaozalishwa utakuwa na nguvu sana kwamba itakuwa hatari sana kwa mtu kuwa katika eneo la hatua yake. Kwa kuongeza, nguvu za sumaku kubwa zinaweza kutosha kusababisha matatizo yasiyo na maji wakati wa usafiri wao unaohusishwa na mvuto wa vifaa, reli na vitu vingine vya chuma.

Katika siku zijazo na mwendo wa kudumu

Uwezekano wa uvumbuzi wa mashine ya mwendo wa kudumu umekanushwa mara kwa mara kwa miongo mingi na wanafizikia wengi, wabunifu na wanasayansi wengine. Kutowezekana kwa uumbaji wake kulithibitishwa kinadharia na kuchochea kuibuka kwa sheria mbalimbali na postulates.

Matumaini yanabaki kila wakati, kwa sababu ulimwenguni kuna idadi kubwa ya matukio yasiyoelezeka, siri ambayo inaweza kutumika kama msukumo mpya katika maendeleo ya sayansi. Baada ya yote, kuwa na fursa ya kuunda mashine ya mwendo wa kudumu na kuitumia kwa busara, unaweza kusahau mara moja na kwa wote kuhusu kwa wingi matatizo yanayokumba ustaarabu kwa kiwango cha kimataifa.

Mtu anaweza kusahau mara moja na kwa wote kuhusu tatizo la kuchimba rasilimali za mafuta na, kwa sababu hiyo, kuhusu tatizo la mazingira linalotokana na matumizi yao. Uumbaji wa motor ya kudumu ya magnetic itaokoa misitu, rasilimali za maji na kamwe kurudi kwenye masuala yanayohusiana na kutokuwa na utulivu wa nishati. Majina ya wavumbuzi wa kito hiki yanaweza kupanda hadi kilele cha umaarufu na heshima na kuandikwa katika historia kwa karne nyingi. Baada ya yote, watu hawa watastahili utajiri wa juu zaidi, tuzo na heshima kwa mafanikio yao.

Kama ilivyoonyeshwa hapo awali, moja ya faida muhimu zaidi za mifumo ya polyphase ni utengenezaji wa uwanja unaozunguka wa sumaku kwa kutumia coil zilizowekwa, ambayo ni msingi wa uendeshaji wa motors za AC. Kuzingatia suala hili itaanza na uchambuzi wa shamba la magnetic ya coil na sasa ya sinusoidal.

Sehemu ya magnetic ya coil yenye sasa ya sinusoidal

Wakati mkondo wa sinusoidal unapitishwa kupitia vilima vya coil, huunda uwanja wa sumaku, vector ya induction ambayo hubadilika (pulsates) kando ya coil hii pia kulingana na sheria ya sinusoidal Mwelekeo wa papo hapo wa vector ya induction ya sumaku kwenye nafasi inategemea vilima. ya coil na mwelekeo wa papo hapo wa sasa ndani yake na imedhamiriwa na utawala wa gimlet sahihi. Kwa hivyo kwa kesi iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 1, vekta ya induction ya sumaku inaelekezwa juu pamoja na mhimili wa coil. Baada ya kipindi cha nusu, wakati kwa moduli sawa sasa mabadiliko ya ishara yake kinyume chake, vector ya induction ya magnetic yenye thamani sawa kabisa itabadilisha mwelekeo wake katika nafasi kwa 1800. Kwa mtazamo wa hapo juu, uwanja wa magnetic wa coil na sasa sinusoidal inaitwa pulsating.

Uwanja wa sumaku unaozunguka wa mzunguko wa vilima vya awamu mbili na tatu

Sehemu ya sumaku inayozunguka ni shamba ambalo vekta ya induction ya sumaku, bila kubadilika kwa thamani kamili, inazunguka katika nafasi na mzunguko wa angular mara kwa mara.

Ili kuunda uwanja unaozunguka, masharti mawili lazima yatimizwe:

Axes ya coils lazima kubadilishwa katika nafasi jamaa kwa kila mmoja kwa angle fulani (kwa mfumo wa awamu mbili - kwa 90 0, kwa mfumo wa awamu ya tatu - kwa 120 0).

Mikondo ya kulisha coils lazima ibadilishwe kwa awamu kulingana na uhamishaji wa anga wa coils.

Hebu fikiria kupata shamba la magnetic inayozunguka katika kesi ya mfumo wa Tesla wa awamu mbili (Mchoro 2a).

Wakati wa kupitisha mikondo ya harmonic kupitia coils, kila mmoja wao, kwa mujibu wa hapo juu, ataunda shamba la sumaku la pulsating. Vectors na sifa za mashamba haya huelekezwa kando ya axes ya coil zinazofanana, na amplitudes yao pia hubadilika kulingana na sheria ya harmonic. Ikiwa sasa katika coil B iko nyuma ya sasa katika coil A na 90 0 (angalia Mchoro 2, b), basi.

Wacha tupate makadirio ya vekta inayosababishwa ya induction ya sumaku kwenye shoka za x na y za mfumo wa kuratibu wa Cartesian unaohusishwa na shoka za coils:

Moduli ya vector kusababisha ya induction magnetic kwa mujibu wa tini. 2, ndani ni sawa na

Mahusiano yaliyopatikana (1) na (2) yanaonyesha kwamba vector ya shamba la magnetic inayotokana haibadilika kwa thamani kamili na inazunguka katika nafasi na mzunguko wa mara kwa mara wa angular , inayoelezea mduara, ambayo inafanana na shamba la mzunguko wa mviringo.

Hebu tuonyeshe kwamba mfumo wa ulinganifu wa awamu ya tatu ya coils (tazama Mchoro 3a) pia hufanya iwezekanavyo kupata shamba la magnetic inayozunguka.

Kila moja ya coils A, B na C, wakati wa kupitisha mikondo ya harmonic kupitia kwao, huunda shamba la sumaku la pulsating. Mchoro wa vekta katika nafasi kwa nyanja hizi umeonyeshwa kwenye tini. 3b. Kwa makadirio ya vector kusababisha ya introduktionsutbildning magnetic juu

mhimili wa mfumo wa kuratibu wa Cartesian, mhimili wa y ambao umeunganishwa na mhimili wa sumaku wa awamu A, inaweza kuandikwa.

Mahusiano ya hapo juu yanazingatia mpangilio wa anga wa coils, lakini pia inalishwa na mfumo wa awamu ya tatu ya mikondo na mabadiliko ya awamu ya muda ya 1200. Kwa hiyo, kwa maadili ya papo hapo ya induction za coil, mahusiano.

; ;.

Kubadilisha misemo hii katika (3) na (4), tunapata:

Kwa mujibu wa (5) na (6) na tini. 2,c kwa moduli ya vekta ya induction ya sumaku ya uwanja unaosababishwa wa coil tatu zilizo na mkondo, tunaweza kuandika:

na vekta yenyewe hufanya pembe a na mhimili wa x, ambayo

Kwa hiyo, katika kesi hii, pia kuna vector ya induction magnetic ambayo ni mara kwa mara kwa thamani kamili na inazunguka katika nafasi na mzunguko wa angular mara kwa mara , ambayo inafanana na shamba la mviringo.

Sehemu ya sumaku kwenye gari la umeme

Ili kuimarisha na kuzingatia shamba la magnetic katika mashine ya umeme, mzunguko wa magnetic huundwa kwa ajili yake. Mashine ya umeme ina sehemu mbili kuu (tazama Mchoro 4): stator fasta na rotor inayozunguka, iliyofanywa kwa mtiririko huo kwa namna ya mitungi ya mashimo na imara.

Vilima vitatu vinavyofanana viko kwenye stator, shoka za sumaku ambazo huhamishwa kando ya mzunguko wa mzunguko wa sumaku na 2/3 ya mgawanyiko wa pole, thamani yake imedhamiriwa na usemi.

ambapo ni radius ya kuzaa ya mzunguko wa magnetic, na p ni idadi ya jozi za miti (idadi ya sumaku za kudumu zinazozunguka zinazofanana zinazounda shamba la magnetic, katika kesi iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 4, p = 1).

Kwenye mtini. Mistari 4 dhabiti (A, B na C) huashiria mielekeo chanya ya sehemu za sumaku zinazovuma kando ya shoka za vilima A, B na C.

Kwa kudhani upenyezaji wa sumaku wa chuma kuwa mkubwa sana, tunapanga safu ya usambazaji wa induction ya sumaku kwenye pengo la hewa la mashine, iliyoundwa na upepo wa awamu A, kwa muda fulani wa wakati t (Mchoro 5). Wakati wa kujenga, tunazingatia kwamba curve inabadilika ghafla katika maeneo ya pande za coil, na katika sehemu zisizo na sasa, kuna sehemu za usawa.

W Hebu tuchukue nafasi hii ya curve na sinusoid (inapaswa kuwa alisema kuwa kwa mashine halisi, kutokana na muundo unaofaa wa windings ya awamu kwa shamba linalosababisha, uingizwaji huo unahusishwa na makosa madogo sana). Kuchukua amplitude ya sinusoid hii kwa muda uliochaguliwa t sawa na VA, tunaandika

;

Mahusiano ya muhtasari (10)…(12), kwa kuzingatia ukweli kwamba jumla ya maneno ya mwisho katika sehemu zao za kulia ni sawa na sifuri, tunapata usemi wa uwanja unaosababishwa kando ya pengo la hewa la mashine.

ambayo ni mlinganyo wa wimbi linalosafiri.

Uingizaji wa magnetic ni mara kwa mara ikiwa . Kwa hivyo, ikiwa tutachagua kiakili sehemu fulani kwenye pengo la hewa na kuisogeza kando ya kiini cha sumaku kwa kasi.

basi induction ya magnetic kwa hatua hii itabaki bila kubadilika. Hii ina maana kwamba baada ya muda, curve ya usambazaji wa induction ya magnetic, bila kubadilisha sura yake, huenda pamoja na mzunguko wa stator. Kwa hiyo, uwanja wa magnetic unaosababishwa huzunguka kwa kasi ya mara kwa mara. Kasi hii kawaida hufafanuliwa katika mapinduzi kwa dakika:

Kanuni ya uendeshaji wa motors asynchronous na synchronous

Kifaa motor induction inalingana na picha kwenye mtini. 4. Sehemu ya magnetic inayozunguka inayoundwa na vilima vya sasa vya kubeba vilivyo kwenye stator huingiliana na mikondo ya rotor, na kusababisha kuzunguka. Gari ya kuingizwa kwa ngome ya squirrel kwa sasa ndiyo inayotumika sana kwa sababu ya unyenyekevu na kuegemea kwake. Vijiti vya shaba au alumini vinavyobeba sasa vimewekwa kwenye grooves ya rotor ya mashine hiyo. Mwisho wa fimbo zote kutoka mwisho wa rotor huunganishwa na pete za shaba au alumini, ambazo huzunguka kwa muda mfupi fimbo. Kwa hivyo jina la rotor.

Katika upepo mfupi wa mzunguko wa rotor, chini ya hatua ya EMF inayosababishwa na uwanja unaozunguka wa stator, mikondo ya eddy hutokea. Kuingiliana na shamba, huhusisha rota katika mzunguko kwa kasi ya chini kuliko kasi ya mzunguko wa shamba 0 . Kwa hiyo jina la motor - asynchronous.

Thamani

kuitwa jamaa kuingizwa. Kwa injini za utekelezaji wa kawaida S=0.02…0.07. Ukosefu wa usawa wa kasi ya uwanja wa sumaku na rotor inakuwa dhahiri ikiwa tunazingatia kwamba saa, uwanja unaozunguka wa sumaku hautavuka vijiti vya kubeba sasa vya rotor na, kwa hivyo, mikondo inayohusika katika uundaji wa torque. haitashawishiwa ndani yao.

Tofauti ya msingi kati ya motor synchronous na motor asynchronous ni muundo wa rotor. Mwisho katika motor synchronous ni sumaku iliyofanywa (kwa nguvu ya chini) kwa misingi ya sumaku ya kudumu au kwa msingi wa electromagnet. Kwa kuwa miti ya kinyume ya sumaku inavutiwa, uwanja wa sumaku unaozunguka wa stator, ambao unaweza kufasiriwa kama sumaku inayozunguka, huvuta rotor ya sumaku pamoja nayo, na kasi yao ni sawa. Hii inaelezea jina la motor - synchronous.

Kwa kumalizia, tunaona kwamba, tofauti na motor asynchronous, ambayo kwa kawaida haizidi 0.8 ... 0.85, motor synchronous inaweza kufikia thamani kubwa na hata kufanya sasa kuongoza voltage katika awamu. Katika kesi hii, kama benki za capacitor, mashine ya synchronous hutumiwa kuboresha kipengele cha nguvu.

Fasihi

Misingi Nadharia ya mzunguko: Proc. kwa vyuo vikuu /G.V.Zeveke, P.A.Ionkin, A.V.Netushil, S.V.Strakhov. Toleo la 5, limerekebishwa. -M.: Energoatomizdat, 1989. -528s.

Bessonov L.A. Msingi wa kinadharia uhandisi wa umeme: nyaya za umeme. Proc. kwa wanafunzi wa utaalam wa umeme, nishati na utengenezaji wa vyombo vya vyuo vikuu. Toleo la 7, lililorekebishwa. na ziada -M.: Juu zaidi. shule, 1978. -528s.

Kinadharia misingi ya uhandisi wa umeme. Proc. kwa vyuo vikuu. Katika tani tatu. Chini ya jumla. mh. K.M. Polivanova. T.1. K.M. Polivanov. Mizunguko ya umeme ya mstari na viunga vyenye lumped. -M.: Nishati - 1972. -240s.

Maswali ya kudhibiti

Ni uwanja gani unaitwa pulsating?

Ni uwanja gani unaoitwa uwanja wa mviringo unaozunguka?

Ni hali gani zinahitajika kuunda uwanja wa sumaku unaozunguka?

Ni kanuni gani ya uendeshaji wa injini ya induction ya ngome ya squirrel?

Ni kanuni gani ya uendeshaji wa motor synchronous?

Je! ni kwa kasi gani zinazofanana ni motors za AC za muundo wa jumla wa viwanda zinazozalishwa katika nchi yetu?