Урок №8 «Основы электромагнетизма. Типы двигателей»
===================================================

Основные законы электромагнетизма
---------------------------------

### Закон Ампера

**Зако́н Ампе́ра**  — закон взаимодействия электрических токов. Впервые был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. 

![low](assets/8_1.png)
 
Закон Ома
---------

**Зако́н О́ма** — физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или электрического напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника. Установлен Георгом Омом в 1826 году и назван в его честь.

Закон Кулона
------------

**Зако́н Куло́на** — это закон, описывающий силы взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами. 
«Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.»

Типы двигателей
---------------

Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые…
 
![engine](assets/8_2.png)
 
### Двигатель постоянного тока (ДПТ)
 
Именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. 

![engine](assets/8_3.png)

Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810кВт и напряжением 1500В. 

### Универсальный коллекторный двигатель
 
Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы.

![engine](assets/8_4.png)

Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «прямым приводом»), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.

### Асинхронный электродвигатель

Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.

### Синхронный электродвигатель
  
Синхронных приводов бывает несколько подвидов – с магнитами (PMSM) и без (с обмоткой возбуждения и контактными кольцами), с синусоидальной ЭДС или с трапецеидальной (бесколлекторные двигатели постоянного тока, BLDC). Сюда же можно отнести некоторые шаговые двигатели. До эры силовой полупроводниковой электроники уделом синхронных машин было применение в качестве генераторов (почти все генераторы всех электростанций – синхронные машины), а также в качестве мощных приводов для какой-либо серьезной нагрузки в промышленности.

![engine](assets/8_5.png)

### Сравнение коллекторного и бесколлекторного двигателя

У радиоуправляемых моделей с электродвигателями бывают коллекторные и бесколлекторные двигатели.
Краткое сравнение типов двигателей: коллекторные развивают меньшую скорость. Бесколлекторные двигатели способны развить большую скорость, а также более износостойкие.

![engine](assets/8_6.png)
 
### Коллекторный двигатель

обладает щеточно-коллекторным узлом, который обеспечивает движение вашей радиоуправляемой модели. Коллектор, по сути, является набором контактов, на роторе, а щеточки – скользящие контакты, которые расположены вне ротора.
Как работает: Работают от постоянного тока. Т.е. подав напряжение от источника постоянного тока (аккумулятор, батарейка), вы приводите его в движение. Для того, чтобы поменять направление движение, достаточно просто поменять полярность подаваемого тока. Это достаточно простой механизм, и поэтому, коллекторный тип двигателя более дешевый. Данный тип двигателя относится к более раннему, **КПД** которого, по расчетам специалистов, **равняется 60%**.

Среди **преимуществ коллекторных двигателей радиоуправляемых моделей** можно выделить:

*	Малый вес двигателя

*	Малый размер двигателя

*	Более низкая стоимость двигателя

*	Возможность починить

**Недостатки коллекторных двигателей машинок:**

   *	Более низкий КПД двигателя

   *	Более низкая максимальная развиваемая скорость вашей машинки

   *	Механическая работа щеточек и коллектора может привести к искрению при перегреве

   *	Быстрый износ

Бесколлекторные двигатели, у которых подвижной частью является статор, являются более надежными по сравнению с коллекторными. Это достигается за счет отсутствия щеточного механизма. Но, так как конструкция двигателя значительно сложнее, то и стоят они несколько дороже.

**Преимущества:**

   *	Высокий КПД двигателя – до 92%

   *	Более высокая максимальная скорость 

   *	Более износостойкие за счет закрытого типа двигателя

   *	Лучше защищены от влаги, пыли и грязи

**Недостатки:**

   *	Высокая стоимость

   *	Более сложный ремонт двигателя

### Контрольные вопросы:

1.	Как, следуя закону Ампера, ведут себя проводники с электрическими токами?
2.	По закону Кулона как взаимодействуют относительно друг друга два точечных заряда в вакууме.
3.	В чём основное различие коллекторных и бесколлекторных электродвигателей?
4.	По каким характеристикам бесколлекторные электродвигатели подходят для использования их на квадрокоптерах?
