תכנות בקר ארדואינו
Arduino
מנוע זרם ישר - DC - Direct Current
מנוע חשמלי נמצא בשימוש נרחב בכל תחומי חיינו, החל ממנוע רטט שמצוי בתוך הסמרטפון שלנו שגורם לנו לא לשכוח כל מיני דברים חשובים, דרך מנועים שנמצאים בתוך צעצועים, ועד מנועים חשמליים שנמצאים ברכבים (חלונות חשמליים, מגבים וכו) או במערכות תעשיתיות.
עקרון פעולה של מנוע חשמלי
רוב המנועים מייצרים תנועה סיבובית, אך יש גם מנועים שמייצרים תנועה בקו ישר. כדי לגרום למנוע לנוע צריך כח מניע. הכח המניע של מנועים חשמליים הוא כח מגנטי. ליתר דיוק הוא כח מגנטי שנוצר כתוצאה מזרימת אלקטרונים בחוט מוליך (כח לורנץ) ולכן המנועים החשמליים מבוססים על אלקטרו-מגנט.
אלקטרומגנטיות היא תופעה פיזיקלית המשלבת שדה חשמלי ושדה מגנטי. כאשר זרם של אלקטרונים נע בתוך חוט מוליך, זרימת האלקטרונים יוצרת שדה חשמלי ושדה מגנטי סביב החוט המוליך. אם נכרוך את החוט המוליך סביב ליבה מתכתית ונזרים זרם חשמלי בחוט ייווצר אלקטרומגנט שכיוון הקטבים המגנטיים לאורך הליבה.
הכיווניות של השדה בתוך האלקטרומגנט נוצרת בשל תכונת הפרו-מגנטיות של הליבה. בעקרון בכל אטום בטבע יש אלקטרונים חופשיים המקיפים את הליבה. תנועת האלקטרונים יוצרת שדה מגנטי קטן, ובכל אטום השדה בעל קוטביות בכיוון אחר. בגלל הכיווניות השונה בין האטומים השדות השונים מנטרלים אחד את השני ולכן אין תחושת מגנטיות לכל חומר. כאשר נפעיל שדה מגנטי חיצוני סביב החומר כל השדות הקטנים יתיישרו בכיוון השדה החיצוני ויגבירו את עוצמת השדה המגנטי. בשל תכונה זו כורכים את התיל המוליך סביב ליבה פרומגנטית כדי ליצור כיווניות אחידה של השדה הנוצר כתוצאה מזרימת האלקטרונים.
אז איך המנוע מסתובב?
בתוך המנוע נמצא כריכות של חוט נחושת (מוליך מעולה) שמחוברות לטבעות מחולקות (כל קצה של כריכה מחובר לחלק אחר של הטבעת). הטבעות מסתובבות על ציר ותוך כדי הסיבוב הן באות במגע עם מברשות פחם המחוברות למקור מתח חיצוני. כל פעם חלק אחר של הטבעת נוגע במברשת שמחוברת לפלוס או למינוס. המגע מאפשר לאלקטרונים לזרום דרך התיל המלופף וליצור פעולת אלקטרומגנט. סיבוב התיל נעשה בין קטבי מגנט קבוע חיצוני. כאשר שני מגנטים נמצאים בקרבת מקום הקוטב הצפוני של אחד רוצה להתקרב אל הקוטב הדרומי של המגנט השני. בגלל שהתיל המלופף מסתובב סביב ציר מתקבלת התנועה הסיבובית.
אבל כריכה אחת לא מספיקה, מכיוון שהתנועה תיפסק. בפועל יש מספר כריכות מופרדות. כל כריכה מחוברת למקטעי טבעות נפרדות. יש רק זוג מברשות אחד, ולכן תוך כדי הסיבוב רק זוג טבעות אחד נוגע בהן. הזרם יעבור דרך הלולאה שמחוברת לטבעות שנוגעות במברשת. יווצר כח מגנטי שירצה לנוע אל עבר הצפון של המגנט הקבוע. התנועה הזו תגרום לניתוק המגע של הטבעות, ויצירת מגע של זוג טבעות אחר וכך חוזר חלילה.
בסרטון הבא ניתן לראות הסבר מפורט של השימוש בתופעת המגנטיות ליצירת תנועה סיבובית ועל עקרון הפעולה של מנוע חשמלי.
סרטון נוסף המסביר את עקרון הפעולה של מנוע חשמלי. יש להדליק את הכתוביות בעיברית.