הטור השבועי של שחר מנדלוביץ

 

 

 

 

מנועים. כולנו יודעים מהם ומה הם עושים. אך מה יש בהם? כיצד הם פועלים? אנסה לספק כאן הסבר פשוט וסקירה קצרה על פעולת מנועי זרם ישר (DC). המנוע פועל באמצעות כוחות מגנטים הנוצרים מזרם העובר בו. השדה המגנטי במנוע שנוצר על ידי מעבר הזרם בתוכו יוצר כוח סיבובי המסובב את ציר המנוע בכיוון מסויים.

 

מנוע ה-DC מורכב למעשה מסליל מלופף היושב בין מגנטים, שעל שני צדדיו פועלים כוחות הגורמים לסיבוב הסליל בתוך המנוע. בחלק מסויים של הסיבוב מתאפסים המומנטים (תזכורת: מומנט הוא מכפלת הכוח הפועל על גוף במרחקו ממרכז המסה) ואז מתבצעת במנוע "החלפה" (commutation) של הזרם – על ידי מברשות (brushes) שיוצרות החלפה מכאנית של הזרם. ההחלפה היא של כיוון הזרם וכך בכל פעם נוצר מומנט בכיוון הרצוי – וסליל המנוע ממשיך להסתובב לאותו הכיוון.

 

ראינו שהמנוע הוא למעשה סליל, וידוע ששינויים בזרם העובר דרך סליל משרים מתח עליו. לא רק זאת, הסליל מושפע גם מזרמים בסלילים אחרים הנמצאים בקרבתו (השראות ההדדית), כמו בשנאי. בחלק מהמנועים, הפחות יקרים, כאשר שני מנועים קרובים אחד לשני, קיימת תמיד סכנה של השראות הדדית, ושינויים בפעולת המנוע:

 

 

 

 

ניתן לראות שהמתח המתפתח בסליל תלוי בהשראות L, ובשינוי בזרם דרכו        , וגם בסך כל ההשראויות ההדדיות הנמצאות בקרבתו –

 

המיוצגות על ידי הקבוע M הנמדד אף הוא ביחידות הנרי (בשנאי אידיאלי,                    ) ובסך שינויי הזרמים העוברים דרכם. עבור ניתוח מתמטי, נוכל להמיר את הנגזרת לאופרטור אלגברי S.לעומת זאת, במקרים רבים ניתן להתעלם מהשפעות חיצוניות אלו, שכן השדה המגנטי נחלש כפונקציה של ריבוע המרחק.

 

         הבעייתיות במתח המתפתח בסליל, הקרוי כא"מ מושרה חוזר (back emf)  היא שהוא מתנגד לשינוי בזרם דרך הסליל, ולכן יש צורך בזרם שבירה, או יותר נכון- זרם התנעה/עצירה, שכן סליל הוא מעכב זרם. יש צורך במתח אינסופי (לא ריאליסטי) על קצוות הסליל בכדי שלא יהיה עליו עיכוב של זרם – כלומר זרם מיידי דרכו ותנועה מיידית שלו. ניתן לראות זאת ברובוטים הנעים על ידי מנוע על ידי תאוצת המנוע – חלק מהמנועים מאיצים מהר יותר וחלק פחות, אך קיימות לכך סיבות נוספות מלבד התלות במתח, למשל התלות בבקרי המנוע, וב-duty-cycle המסופק לו (ניתן לעיין במאמר "בקרת מנועי זרם ישר") ועוד.

 

         להתראות שבוע הבא, שחר.