Введение

Если вы когда-либо работали с электродвигателем, вполне вероятно, что вы столкнулись с правилом левой руки Флеминга. Это правило названо в честь инженера-электрика и физика по имени сэр Джон Амброуз Флеминг.

Он был известен как изобретатель вакуумной лампы и тот, кто установил в 19 веке так называемое правило правой руки в физике. Итак, теперь, когда мы немного знаем о Флеминге, что такое правило левой руки Флеминга?

Правило левой руки Флеминга — это простая мнемоника, которая используется для определения направления индуцированного тока в электродвигателе. Правило гласит, что если вы вытянете большой, указательный и средний пальцы левой руки так, чтобы они находились под прямым углом друг к другу, то направление, в котором указывает большой палец, будет направлением тока, индуцируемого в двигателе. Указательный палец указывает направление магнитного поля, а средний палец — направление движения.

Более подробно, когда проводник помещается в магнитное поле, в проводнике индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости изменения магнитного потока через проводник. Эта наведенная ЭДС приводит к протеканию индуцированного тока в проводнике. Направление индуцированного тока определяется направлением ЭДС, которое определяется законом Ленца. Закон Ленца гласит, что индуцированный ток будет иметь такое направление, что создаваемое им магнитное поле будет противодействовать изменению магнитного поля, которое его создало.

Таким образом, правило левой руки Флеминга помогает определить направление индуцированного тока в двигателе, показывая направление большого, указательного и среднего пальцев как направление тока, магнитного поля и движения соответственно.

Ну, он используется для точного определения направления силы или движения проводника внутри электродвигателя простым способом. Однако это правило можно применять только в том случае, если направление магнитного поля и направление тока уже известны, поэтому его нельзя использовать для шаговых двигателей, бесщеточных двигателей постоянного тока, серводвигателей или бесщеточных двигателей. Чтобы получить дополнительную справочную информацию, мы сначала начнем с того, что такое двигатель.

Что такое мотор?

Слово «двигатель» относится к любому блоку питания, который генерирует движение. Существует несколько различных типов блоков питания двигателей. Некоторые распространенные применения электродвигателей существуют в электромобилях, включая электромобили и электропоезда, в которых используется двигатель, известный как электродвигатель, который преобразует кинетическую энергию в электрическую энергию. Первым человеком, который изобрел работающий электродвигатель, был Уильям Стерджен.

В аттракционах также обычно используются электродвигатели, поскольку они представляют собой разновидность электрической машины. Это отличается от обычного автомобиля, у которого вместо мотора есть двигатель. С научной точки зрения электродвигатель — это устройство, используемое для преобразования электрической энергии в движущую энергию или электрической энергии в механическую энергию. Это отличается от двигателя, работающего на сгорании. На диаграмме ниже показано, как работает электродвигатель с точки зрения энергии.

Левый конец стрелки представляет электрический входной сигнал, а правый конец — механический выходной сигнал соответственно. Электрический вход можно просто сократить до ввода чтения, а механический выход можно просто сократить до выхода. Выходное напряжение должно быть меньше напряжения на клеммах, иначе схема будет перегружена. Среднее напряжение должно быть от 1,5 до 100 вольт. В процессе преобразования энергии часть входной энергии становится теплом, а не движущей энергией. Это известно как потеря. На изображении можно увидеть несколько различных типов потерь.

Имейте в виду, что электродвигатель преобразует электрическую мощность в энергию, но как это на самом деле достигается? Это достигается за счет принципа электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция — это принцип, согласно которому на проводник с током, помещенный в магнитное поле, содержащее северный и южный полюс, с адекватной плотностью магнитного потока, на проводник будет действовать сила, пропорциональная протекающему току и силе магнитное поле. Основные принципы электромагнитной индукции были открыты в начале 1800-х годов Эрстедом, Гауссом и Фарадеем.

Однако именно Тесла смог поднять технологию производства двигателей на новый уровень в конце 1800-х годов, а также модернизировать производство двигателей. Базовый электродвигатель состоит из шести основных компонентов: вентилятор, обмотки, коммутатор, полюса возбуждения, вал и геометрия катушки. Изображение базового электродвигателя можно увидеть ниже.

Правило левой руки Флеминга.

Если проводник с током помещен в магнитное поле, на него действует сила, обусловленная магнитным полем. С другой стороны, если проводник движется в магнитном поле, в проводнике индуцируется электромагнитное поле. Джон Амброуз Флеминг ввел два правила для определения направления движения (в двигателях) или направления наведенного тока (в генераторах). Эти правила называются правилом левой руки Флеминга для двигателей и правилом правой руки Флеминга, которое используется для генераторов.

Всякий раз, когда обычный проводник с током помещается в магнитное поле с адекватной плотностью магнитного потока, на обычный проводник с током действует сила, перпендикулярная как магнитному полю, так и направлению тока. Ток относится к потоку электронов. Согласно правилу левой руки Флеминга, если большой, указательный и средний пальцы левой руки вытянуты перпендикулярно друг другу, как показано на рисунке ниже, и если указательный палец представляет направление магнитного поля и магнитного потока плотность, средний палец представляет направление электрического тока, затем большой палец представляет направление силы двигателя. Правило левой руки Флеминга применимо для токов двигателей и электродвигателей в целом.

Изображение взято из Википедии

С другой стороны, правило правой руки Флеминга применимо для электрических генераторов. Согласно закону электромагнитной редукции Фарадея, всякий раз, когда проводник с силой перемещается в электромагнитном поле, в проводнике индуцируется ЭДС. Если обычный проводник с током имеет замкнутую цепь катушки, то наведенная ЭДС вызывает протекание тока.

Согласно правилу правой руки Флеминга, большой, указательный и средний пальцы правой руки вытянуты перпендикулярно друг другу, как показано на рисунке справа, и если большой палец представляет направление движения проводника, передний -палец представляет направление магнитного поля, затем средний палец представляет направление индуцированного тока.

Если вы когда-нибудь запутаетесь, просто помните, что большой палец представляет направление тяги, действующей на проводник (силу, действующую на проводник). Указательный палец представляет направление магнитного поля. Наконец, центральный палец (средний палец) используется, чтобы показать, в каком направлении течет электрический ток. Правило правой руки Флеминга можно увидеть визуально ниже.

Image taken from Wikipedia

В таблице ниже в простой и понятной форме суммирована разница между ними.

Принцип вращения двигателя без сердечника

Некоторые двигатели могут быть без сердечника, например двигатель постоянного тока без сердечника. Типичный двигатель постоянного тока, в отличие от асинхронных двигателей переменного тока, шаговых двигателей и других простых двигателей, состоит из внешнего статора, обычно изготовленного из постоянного магнита или электромагнитной обмотки, и внутреннего ротора, изготовленного из пластин железа с катушечными обмотками, которые вращаются. полпути. Сегментированный коммутатор и щетки контролируют последовательность подачи напряжения на обмотки ротора, обеспечивая непрерывное направление вращения.

В двигателе постоянного тока входная электрическая энергия представляет собой постоянный ток, который преобразуется в механическое вращение и движется с севера на юг. Принцип работы бессердечникового двигателя постоянного тока другой. В двигателе постоянного тока без сердечника отсутствует ламинированный железный сердечник в роторе. Вместо этого обмотки ротора намотаны косым или сотовым способом, образуя самонесущий полый цилиндр. Поскольку железный сердечник, поддерживающий обмотки, отсутствует, их часто скрепляют эпоксидной смолой. Конструкция двигателя постоянного тока без сердечника обеспечивает несколько преимуществ по сравнению с традиционным двигателем постоянного тока с железным сердечником. Некоторые из них перечислены ниже.

• Во-первых, исключение железа значительно снижает массу и инерцию ротора, поэтому возможны очень высокие скорости ускорения и замедления.
• Отсутствие железа также означает отсутствие потерь в железе, что дает конструкциям без сердечника значительно более высокий КПД, чем традиционный двигатель постоянного тока.
• Конструкция без сердечника также снижает индуктивность обмотки, поэтому уменьшается искрение между щетками и коммутатором, что увеличивает срок службы двигателя и снижает электромагнитные помехи, также известные как электромагнитные помехи.
• Зазубривание двигателя, которое является проблемой в традиционных двигателях постоянного тока из-за магнитного взаимодействия постоянных магнитов и железных пластин, также устраняется, поскольку в конструкции без железа пластины отсутствуют.
• Пульсации крутящего момента чрезвычайно низкие, что обеспечивает очень плавное вращение двигателя с минимальной вибрацией и шумом.

Конструкции без сердечника являются особенно хорошим решением для устройств с батарейным питанием, поскольку они потребляют чрезвычайно низкий ток в условиях холостого хода. Двигатель постоянного тока без сердечника широко используется в медицинских целях, включая протезирование, небольшие насосы (например, инсулиновые помпы), лабораторное оборудование и рентгеновские аппараты. Их способность выполнять быстрые и динамичные движения также делает их идеальными для использования в робототехнике. Изображение двигателя постоянного тока без сердечника можно увидеть ниже.

Изображение взято с Amazon

Применение правила левой руки Флеминга в двигателях и робототехнике

Одно из наиболее распространенных и известных применений правила левой руки Флеминга можно увидеть в работе электродвигателя. Чтобы понять, как применяется правило левой руки Флеминга, сначала нам нужно понять, как на самом деле работает электродвигатель. Когда электрический ток проходит через проводник, он создает цилиндрическое магнитное поле вокруг проводника. Если к проводнику с током приблизить внешнее магнитное поле, то магнитное поле и электромагнитное поле взаимодействуют. Это взаимодействие между током и магнитными полями создаст физическую силу. Чтобы вычислить направление этой силы, воспользуемся этим правилом.

Если средний палец левой руки задает направление электрического тока, указательный палец представляет направление внешнего магнитного поля, то большой палец левой руки будет указывать направление силы. В стандартном электродвигателе постоянного тока, в отличие от бесщеточного двигателя постоянного тока, электромагнитное поле взаимодействует с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами, и в результате этого взаимодействия генерируется физическая сила. Используя это правило, мы можем определить направление вращения этой силы и направление движения двигателя. Его можно использовать для упрощенного понимания движения любого из множества различных типов электродвигателей.

Правило левой руки Флеминга важно, поскольку оно обеспечивает простой и точный способ определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, при условии, что вы знаете направление как тока, так и магнитного поля. Мы увидели важность этого правила на примере использования электродвигателя, где мы могли легко определить направление, в котором сила действует на плечи электродвигателя. Учитывая, что работа электродвигателя хорошо понятна отчасти благодаря правилу левой руки Флеминга, мы можем заключить, что правило левой руки Флеминга, хотя и косвенно, важно в повседневной жизни, так как большинство механических движений сегодня осуществляется с использованием электродвигатели.

Заключение

Правило левой руки Флеминга — важная концепция, которую следует понимать при работе с электродвигателями. Правило левой руки Флеминга особенно подходит для определения направления силы, действующей на проводник с током, когда он помещен в магнитное поле. Он также очень прост в использовании, для этого требуется только левая рука и ничего больше. Несмотря на простоту, он по-прежнему невероятно точен. Мы надеемся, что вы узнали больше о правиле левой руки Флеминга и некоторых общих советах по двигателям. Спасибо, что прочитали эту статью.