Hvor brukes en likestrømsmotor? Når børstene beveger seg over trommelen, dannes det en gnist. DC-motordesign og vedlikehold

DC-motorer finnes sjelden i husholdninger. Men de er alltid til stede i alle batteridrevne barneleker som går, løper, sykler, flyr osv. Motorer likestrøm(DPT) er installert i biler: i vifter og ulike stasjoner. De brukes nesten alltid i elektriske kjøretøy og sjeldnere i produksjon.

Fordeler med DPT sammenlignet med asynkronmotorer:

• Godt justerbar.
• Utmerkede startegenskaper.
• Rotasjonshastigheter kan være mer enn 3000 rpm.

Ulemper med DBT:

1. Lav pålitelighet.
2. Vanskeligheter med å produsere.
3. Høy pris.
4. Høye vedlikeholds- og reparasjonskostnader.

Driftsprinsipp for en DC-motor

Motordesignet ligner på synkronmotorer vekselstrøm. Jeg vil ikke gjenta meg selv, hvis du ikke vet, så se i denne av våre.

Enhver moderne elektrisk motor arbeider basert på Faradays lov om magnetisk induksjon og "venstrehåndsregelen". Hvis en elektrisk strøm er koblet til den nedre delen av armaturviklingen i én retning, og til den øvre delen i motsatt retning, vil den begynne å rotere. I henhold til venstreregelen vil ledere lagt i ankersporene bli skjøvet ut av magnetfeltet til viklingene til DPT-huset eller statoren.

Den nedre delen vil skyv til høyre, og den øverste til venstre, slik at ankeret begynner å rotere til delene av ankeret bytter plass. For å skape kontinuerlig rotasjon er det nødvendig å hele tiden reversere polariteten til armaturviklingen. Dette er hva kommutatoren gjør, som, når den roterer, bytter ankerviklingene. Spenning fra strømkilden tilføres kollektoren ved hjelp av et par pressende grafittbørster.

Skjematiske diagrammer av en DC-motor

Hvis AC-motorer er ganske enkle koble til, så med DPT er alt mer komplisert. Du må vite merket til motoren, og deretter finne ut om tilkoblingskretsen på Internett.

Oftere for middels og kraftige motorer DC det er separate terminaler i koblingsboksen fra ankeret og fra feltviklingen (OB). Som regel forsynes ankeret med full strømforsyningsspenning, og eksitasjonsviklingen forsynes med en kontrollert strøm av en reostat eller vekselspenning. Hastigheten til DC-motoren vil avhenge av størrelsen på OB-strømmen. Jo høyere den er, jo raskere hastighet rotasjon.

Avhengig av hvordan armatur og OB er koblet sammen, elektriske motorer kommer med uavhengig magnetisering fra en separat strømkilde og med selveksitering, som kan være parallell, serie og blandet.

Brukes i produksjon motorer med uavhengig eksitasjon, som er koblet til en strømkilde atskilt fra ankeret. Det er ingen elektrisk forbindelse mellom felt- og armaturviklingene.

Koblingsskjema med parallell eksitasjon i hovedsak ligner den på en krets med uavhengig eksitering av OB. Den eneste forskjellen er at det ikke er nødvendig å bruke en separat strømkilde. Motorer, når de er slått på i henhold til begge disse ordningene, har de samme stive egenskapene, derfor brukes de i maskinverktøy, vifter, etc.

Serieviklede motorer brukes når høy startstrøm og myk karakteristikk er nødvendig. De brukes i trikker, trolleybusser og elektriske lokomotiver. I henhold til denne ordningen er felt- og armaturviklingene koblet til hverandre i serie. Når spenning påføres, vil strømmene i begge viklingene være de samme. Den største ulempen er at når belastningen på akselen synker til mindre enn 25% av den nominelle verdien, er det en kraftig økning i rotasjonshastigheten, og når verdier som er farlige for DPT. Derfor, for problemfri drift, er en konstant belastning på akselen nødvendig.

Noen ganger brukt DBT med blandet opphisselse, hvor en OB-vikling er koblet i serie til ankerkretsen, og den andre parallelt. Oppstår sjelden i livet.

Reverserende likestrømsmotorer

For å endre rotasjonsretningen DPT med serieeksitasjon krever endring av strømmens retning i OB- eller armaturviklingen. I praksis gjøres dette ved å endre polariteten: vi bytter pluss- og minusposisjoner. Hvis du endrer polariteten i eksitasjons- og ankerkretsene samtidig, vil ikke rotasjonsretningen endres. Omvendt gjøres på lignende måte for motorer som kjører på vekselstrøm.

Reversering av DPT med parallell eller blandet eksitasjon Det er bedre å gjøre dette ved å endre retningen på den elektriske strømmen i armaturviklingen. Når eksitasjonsviklingen bryter, når EMF farlige verdier og et sammenbrudd av ledningsisolasjonen er mulig.

Regulering av hastigheten til DC-motorer

DPT med sekvensiell eksitasjon lettest å regulere variabel motstand i armaturkjeden. Den kan kun justeres for å redusere hastigheten i forholdet 2:1 eller 3:1. I dette tilfellet oppstår det store tap i kontrollreostaten (R reg). Denne metoden brukes i kraner og elektriske traller som har hyppige driftsavbrudd. I andre tilfeller justeres hastigheten oppover fra nominell verdi ved hjelp av en reostat i feltviklingskretsen, som vist i figuren til høyre.

DPT med parallell eksitasjon Du kan også regulere turtallet nedover ved hjelp av motstand i ankerkretsen, men ikke mer enn 50 prosent av den nominelle verdien. Igjen vil motstanden varmes opp på grunn av tap av elektrisk energi i den.

Øk hastigheten med maksimalt 4 ganger tillater en reostat i OB-kretsen. Den enkleste og vanligste metoden for å justere rotasjonshastigheten.

I praksis, i moderne elektriske motorer, brukes disse kontrollmetodene sjelden på grunn av deres mangler og begrenset kontrollområde. Ulike brukes elektroniske kretser ledelse.

Lignende materialer.

Hvis du er interessert i detaljer, er prinsippet for drift av en DC-motor beskrevet i detalj på mange nettsteder og til og med med formler. Vi bestemte oss for å snakke ikke bare om dette, men også om noen funksjoner som ikke er så allment kjent.

Noen få ord om DC-maskiner

Den ble oppnådd før variabelen, og fra det øyeblikket den dukket opp begynte eksperimenter på hva dette dyret kunne brukes til. Ganske raskt ble det etablert en sammenheng mellom strøm, magnetfelt og rotasjon. Det startet da Faraday plasserte en magnet i en vikling med ledninger og oppdaget utseendet til en strøm. Deretter oppdaget han at hvis du først setter en magnet inne i spolen og deretter legger på strøm, vil magneten skyve ut. Eller tvert imot, det vil trekke deg innover. Dette er driftsprinsippet til en DC-maskin - bruk av samhandling magnetfelt og elektrisitet. La oss nå ta hensyn til det faktum at hvis vi "stikker" en magnet, vil vi motta elektrisitet, og hvis vi bruker elektrisitet, vil vi "skyve ut" magneten. Det vil si at DC-maskiner, utformingen og driftsprinsippet som vi vurderer, er nettopp maskiner. Det vil si at motoren også er en generator, med andre ord er dette maskiner for reversibel konvertering av mekanisk energi til elektrisk energi(nåværende). En magnet har to poler, elektrisitet pluss og minus. Samspillet mellom magneten og strømmen i dette tilfellet er underlagt komplekse lover, men hvis vi er interessert i rotasjon (og progressive returbevegelser er sjelden nødvendig i teknologi), så kan vi bare få én retning - med klokken i forhold til polariteten til magnetene og strømmens retning. Den samme kjente "gimlet-regelen", eller "venstrehåndsregelen". Vi kan enkelt endre polariteten til viklingsstrømmen ved å bytte to ledninger, men vi vil ikke være i stand til å endre polene til magneten og vil ganske enkelt brenne motoren. For referanse kan du også se på regelen " høyre hånd" Det er noe slikt innen elektroteknikk, det gjelder også DC-maskiner, men når det gjelder energiproduksjon.

Selve akselrotasjonen skjer som følger. Inne i magnetfeltet er det en rotor med en aksel som det er en spole på. Når strøm påføres, induserer den et magnetfelt. Magneter med forskjellige poler tiltrekker seg, men med de samme polene avstøter de. Eksterne magneter "frastøter" de fungerende elektromagnetene til rotoren, og får dem til å "frastøte" hele tiden mens det er strøm, noe som fører til rotasjon av akselen.

Dette er driftsprinsippet til en DC-motor, alt annet er detaljer og tekniske detaljer.

Funksjoner ved DC-motordesign

Selvfølgelig, i teorien, er prinsippet om drift av en DC-maskin klart, men en nysgjerrig leser vil umiddelbart spørre - hvordan vil rotoren begynne å rotere hvis den er inne i en to-polet magnet? Dette spørsmålet er uunngåelig, og for å svare på det må du se nærmere på utformingen av DC-motoren. Forresten, noe kunnskap vil være nyttig for å forstå driften av AC-motorer.

La oss starte med en liste over vanskeligheter som de første skaperne av DBT møtte.

1. Tilgjengelighet to dødpunkter, hvorfra uavhengig lansering er umulig. (De samme to polene med magneter).
2. For svak magnetisk frastøtning ved lav strøm. Eller sterk rotasjonsmotstand som hindrer start.
3. Rotoren stopper etter en omdreining. Ikke rotasjon, men svingende frem og tilbake, fordi etter å ha passert halve sirkelen, ble ikke "magneten" til rotoren frastøtt, men tiltrukket, det vil si at den ikke akselererte rotasjonen, men bremset den ned.

Det som gjensto var materialene og noen småting, som implementeringen av prinsippet om en reversibel elektrisk maskin.

"Dead spots" var de første som vant, og brukte ikke to, men tre eller flere magneter. Tre tenner på rotoren eliminerer dødpunkter, en er alltid i magnetfeltet, og det er blitt mulig å starte motoren fra hvilken som helst posisjon av rotoren.

De var i stand til å overvinne problemet med akselerasjon og retardasjon ved å bruke prinsippet om drift av en DC-maskin - enkel å veksle mellom pluss og minus samtidig som strømmen opprettholdes. Med andre ord begynner rotoren den første halvdelen av omdreiningen etter å ha startet med strømmens polaritet: positiv øverst, minus nederst. Så snart det øverste punktet inntar den nederste posisjonen, endres polariteten til punktene til minus - pluss, og "frastøting - akselerasjon" fortsetter til slutten av revolusjonen, hvoretter syklusen gjentas, og bremsing elimineres. Denne mekanismen ble kalt samler. De samme børstene til den elektriske motoren som sikrer overføring av strøm fra en stasjonær kontakt til en roterende aksel. Og for et show! Med fortegnsendring på rotoren 2 ganger per omdreining. Regn ut hvor mye arbeid oppsamleren må gjøre hvis motoren har 2000 o/min.

Kommutatoren er den mest komplekse delen når man vurderer utformingen av en DC-motor, siden den tillater omvendt konvertering av rotasjon til strøm. Den viktigste forbruksvaren er børster. Etter å ha kjøpt ny enhet med en elektrisk motor, sørg for at du har reservedeler. Ikke vær lat, mens enheten er ny, kjøp et par sett til.

Kompleksiteten til samleren lar deg visuelt bestemme tilstanden og riktig drift av gnisten. Det er virkelig ille når gnister (og samleren ikke er noe mer enn en kontaktbryter) danner en ring - "allround brann". Dette betyr at motoren ikke vil vare lenge. Mens kampen mot gnistdannelse pågår med varierende suksess, er det ikke mulig å slå den fullstendig, men det har vært mulig å forlenge levetiden til DPT.

Hvis det virket for deg at vi glemte svake strømmer under oppstart, etter å ha vurdert det tredje problemet umiddelbart, tar du feil. Lanseringsproblemet viste seg å være så komplekst at vi vil vurdere det separat.

Startstrømmer for DC-motorer

Så prinsippet for drift av en DC-motor er klart, vi har sikret selvstartende, eliminert sektorbremsing på de omvendte magnetiske polene, alt som gjenstår er å slå den på. Men her er problemet. Rotoren roterer fortsatt ikke, selv om alt er i orden. Faktum er at mens vi foredlet motoren vår, ble rotoren tyngre, den hadde svinghjul og alt det der, og strømmen var rett og slett ikke nok til at magnetene kunne "sveve" rotoren. "Hva i helvete slyngel!" (c) den nysgjerrige eksperimenteren vil utbryte og ganske enkelt øke strømmen. Og du vet, motoren vil faktisk begynne å snurre. Med flere Hvis :

• Hvis viklingene (ledningene i spolen) ikke brenner ut;
• Hvis strømmen kan tåle;
• Dersom sveising av koblingssektorer etc. ikke forekommer på kollektoren under en slik oppstart.

Derfor ble det raskt gjenkjent å øke startstrømmen feil beslutning. Forresten, vi har ennå ikke nevnt hovedfordelen med DPT over AC-motorer - dette direkte overføring av dreiemoment fra oppstartsøyeblikket. Enkelt sagt, fra det øyeblikket den begynner å rotere, kan DPT-akselen "snu" hva som helst, og overvinne betydelig motstand, som er utenfor kraften til AC-motorer.

Denne fordelen ble akilleshælen til DBT. Selve prinsippet om drift av en DC-maskin så ikke ut til å tillate vilkårlige endringer i startstrømmen på den ene siden. På den annen side krevde forsøk på å gi høy strøm for oppstart og redusere den etter oppstart automatisering. Opprinnelig brukte de bæreraketter og startere, spesielt for DPT høy effekt, men det var en blindveisgren av utviklingen. Avslag på jevn justering av startstrømmen gjorde det mulig å finne et rimelig kompromiss også her. Nå ser det faktisk ut som å starte en motor, som å akselerere en bil. Vi begynner å kjøre i 1. gir, skifter deretter til 2., 3., og nå løper vi langs motorveien i 4. hastighet. Bare i i dette tilfellet"overføringer", det vil si strømmer, brytere automatisk starter. All denne elektroteknikken løser to problemer samtidig - jevn start DPT uten overbelastning og opprettholder integriteten til strømnettet (motorkraftkilde). I likhet med driftsprinsippet til en DC-motor, er denne automatiseringen basert på direkte konvertering. Strømmen stiger gradvis til startverdien, det samme er balansen mellom inngangsstrømmen og strømmene på viklingene før rotasjonen begynner. Etter at rotasjonen begynner, synker strømmen kraftig og øker igjen, "justerer rotasjonen av akselen," og så videre 2-3 ganger til.

Dermed var oppstarten ikke lenger «smooth», men trygg for alle. Det viktigste som ble bevart med denne ordningen, og i dag er det den vanligste, den største fordelen er dreiemoment. Samtidig har utformingen av en pålitelig DC-motor blitt enklere, kraften har økt, og startstrømmene, selv om de fortsatt er en hodepine for denne klassen av motorer, har sluttet å være kritiske for mekanismer.

Anvendelser av DC-motorer

DPT, som DC-maskiner, utformingen og driftsprinsippet som vi undersøkte, brukes der det er upassende å bruke permanent tilkobling til nettverk ( godt eksempel- en bilstarter, som er en DPT), der en slik tilkobling er umulig (for eksempel leker med motorer for barn), eller hvor til og med en slik tilkobling ikke er nok. For eksempel jernbanetransport, som ser ut til å være koblet til AC-nettverk, men de nødvendige dreiemomentene er slik at bare likestrømsmotorer kan brukes, hvis prinsipper ikke har endret seg. Og faktisk i I det siste Bruksomfanget er ikke minkende, men bare økende. Jo større batterikapasitet, desto lenger vil en slik motor fungere autonomt. Jo mindre dimensjonene er, desto større blir kraftgevinsten.

Økonomisk- dette er en sak for fremtiden, for nå er det ikke noe spesielt å spare og spørsmålet er ikke reist, variable motorer vil være enklere. Men de vil ikke kunne fortrenge DPT. Dette er DCT-ene, eller likestrømsmaskiner, strukturen og operasjonsprinsippet som vi studerte i klasse 6-8, men som for lengst har glemt.

DC-motorer designet for å konvertere likestrømsenergi til mekanisk arbeid.

DC-motorer er mye mindre vanlige enn AC-motorer. Dette er først og fremst på grunn av de relativt høye kostnadene, mer komplekse enheten og vanskelighetene med å levere strøm. Men til tross for alle disse ulempene, har DBT mange fordeler. For eksempel er AC-motorer vanskelige å regulere, men DFC-er er perfekt regulert på en rekke måter. I tillegg har DPT-er strengere mekaniske egenskaper og tillate høyt startmoment.

DC elektriske motorer brukes som trekkmotorer, i elektrisk transport og som ulike aktuatorer.

Design av DC-motorer

Utformingen av en DC-motor ligner på en AC-motor, men det er fortsatt betydelige forskjeller. På rammen 7, som er laget av stål, er det installert en eksitasjonsvikling i form av spoler 6. Mellom hovedpolene kan ytterligere poler 5 installeres for å forbedre egenskapene til DFC. En armatur 4 er installert inne, som består av en kjerne og en kollektor 2, og er installert ved hjelp av lagre 1 i motorhuset. Kommutatoren er en betydelig forskjell fra AC-motorer. Den er koblet til børster 3, som lar deg forsyne eller tvert imot fjerne spenning fra ankerkretsen i generatorer.

Driftsprinsipp

Driftsprinsippet til DPT er basert på samspillet mellom magnetfeltene til eksitasjonsviklingen og ankeret. Du kan tenke deg at vi i stedet for en armatur har en ramme som det går strøm gjennom, og i stedet for en eksitasjonsvikling, en permanent magnet med polene N og S. Når det går likestrøm gjennom rammen, begynner magnetfeltet til permanentmagneten å handle på det, det vil si at rammen begynner å rotere, og siden strømmens retning ikke endres, forblir rotasjonsretningen til rammen den samme.

Når spenning påføres motorterminalene, begynner strømmen å flyte i ankerviklingen, og som vi allerede vet, begynner magnetfeltet til maskinen å virke på det, mens ankeret begynner å rotere, og siden ankeret roterer inn. magnetfeltet, begynner det å dannes en EMF. Denne EMF er rettet mot strømmen, og det er derfor den kalles tilbake EMF. Den kan bli funnet ved hjelp av formelen

Der Ф er den magnetiske eksitasjonsfluksen, n er rotasjonsfrekvensen, og Ce er designmomentet til maskinen, som forblir konstant for den.

Spenningen ved terminalene er større enn den bakre EMF med verdien av spenningsfallet i ankerkretsen.

Og hvis vi multipliserer dette uttrykket med strømmen, får vi kraftbalanselikningen.

Elektriske motorerDC brukes i de elektriske stasjonene som krever et stort spekter av hastighetskontroll, større nøyaktighet for å opprettholde stasjonens rotasjonshastighet og hastighetskontroll opp fra nominell hastighet.

Driften av en DC elektrisk motor er basert på. Fra det grunnleggende innen elektroteknikk er det kjent at en strømførende leder plassert i blir påvirket av en kraft bestemt av venstrehåndsregelen:

F = BIL

hvor I er strømmen som går gjennom lederen, B er magnetfeltinduksjonen; L er lengden på lederen.

Når en leder krysser magnetfeltlinjene til en maskin, induseres den i den, som i forhold til strømmen i lederen rettes mot den, derfor kalles det revers eller motvirkende (mot-emf s). Elektrisk energi i motoren omdannes den til mekanisk energi og brukes delvis på oppvarming av lederen.

Strukturelt alt DC elektriske motorer består av en induktor og et armatur, atskilt med en luftspalte.

Induktor elektrisk motor likestrøm tjener til å skape et stasjonært magnetfelt på maskinen og består av en ramme, hoved- og tilleggspoler. Rammen tjener til å feste hoved- og tilleggspolene og er et element i maskinens magnetiske krets. På hovedpolene er det eksitasjonsviklinger designet for å skape et magnetfelt på maskinen, på tilleggspolene er det en spesiell vikling som tjener til å forbedre koblingsforholdene.

Anker elektrisk motor likestrøm består av et magnetisk system satt sammen av separate ark, arbeidsviklingen, lagt i sporene, og tjener for tilførsel fungerer likestrømsvikling.

Samleren er en sylinder montert på motorakselen og laget av kobberplater isolert fra hverandre. Kommutatoren har hanefremspring som endene av ankerviklingsseksjonene er loddet til. Strøm trekkes fra kommutatoren ved hjelp av børster som gir glidende kontakt med kommutatoren. Børstene er festet i børsteholdere, som holder dem i en bestemt posisjon og gir det nødvendige trykket av børsten på overflaten av kommutatoren. Børster og børsteholdere er montert på en travers koblet til karosseriet elektrisk motor.

Bytter inn elektriske motorer likestrøm

I prosess elektrisk motor DC-børster, som glir langs overflaten til en roterende kommutator, beveger seg sekvensielt fra en kommutatorplate til en annen. I dette tilfellet endres de parallelle delene av armaturviklingsbryteren og strømmen i dem. Strømendringen skjer når viklingssvingen kortsluttes av børsten. Denne bytteprosessen og fenomenene knyttet til den kalles kommutering.

I bytteøyeblikket induseres en e i den kortsluttede delen av viklingen under påvirkning av sitt eget magnetfelt. d.s. selvinduksjon. Den resulterende e. d.s. forårsaker ekstra strøm i den kortsluttede delen, noe som skaper en ujevn fordeling av strømtettheten på kontaktflaten til børstene. Denne omstendigheten anses som hovedårsaken til gnistdannelse av kommutatoren under børsten. Kvaliteten på koblingen vurderes av graden av gnistdannelse under børstens løpekant og bestemmes på en skala av grader av gnistdannelse.

Eksitasjonsmetoder elektriske motorer likestrøm

Eksitering av elektriske maskiner betyr at det opprettes et magnetisk felt i dem som er nødvendig for drift. elektrisk motor. Eksitasjonskretser elektriske motorer likestrøm vist i figuren.

I henhold til eksitasjonsmetoden er DC-elektriske motorer delt inn i fire grupper:

1. Med uavhengig eksitering, der eksitasjonsviklingen NO blir drevet fra en ekstern likestrømskilde.

2. Med parallell eksitasjon (shunt), der SHOV-eksitasjonsviklingen er koblet parallelt med strømkilden til armaturviklingen.

3. Med sekvensiell eksitasjon (seriell), der eksitasjonsviklingen SOV er koblet i serie med ankerviklingen.

4. Motorer med blandet eksitasjon (forbindelse), som har en serie MOV og en parallell MOV av eksitasjonsviklingen.

Typer DC-motorer

DC-motorer skiller seg først og fremst fra hverandre med hensyn til eksitasjonsarten. Motorer kan være uavhengige, sekvensielle og blandet eksitasjon. Parallell eksitasjon trenger ikke vurderes. Selv om feltviklingen er koblet til det samme nettverket som ankerkretsen drives fra, avhenger ikke feltstrømmen i dette tilfellet av ankerstrømmen, siden forsyningsnettverket kan betraktes som et nettverk med uendelig kraft, og dets spenningen er konstant.

Eksitasjonsviklingen er alltid koblet direkte til nettverket, og derfor påvirker ikke innføringen av ekstra motstand i armaturkretsen eksitasjonsmodusen. Den spesifisiteten som finnes kan ikke eksistere her.

DC-motorer med lav effekt bruker ofte magnetoelektrisk eksitasjon fra permanente magneter. Samtidig er motorens koblingskrets betydelig forenklet og kobberforbruket reduseres. Det bør imidlertid huskes at selv om eksitasjonsviklingen er eliminert, er dimensjonene og vekten til det magnetiske systemet ikke lavere enn ved elektromagnetisk eksitering av maskinen.

Egenskapene til motorer bestemmes i stor grad av eksitasjonssystemet deres.

Jo større dimensjonene til motoren er, jo større, naturlig nok, dreiemomentet utvikler den og følgelig kraften. Derfor kan du ved høyere rotasjonshastighet og samme dimensjoner få mer motorkraft. I denne forbindelse er som regel likestrømsmotorer, spesielt laveffektmotorer, designet for høy rotasjonshastighet - 1000-6000 rpm.

Det bør imidlertid tas i betraktning at rotasjonshastigheten til arbeidskroppene til produksjonsmaskiner er betydelig lavere. Derfor må det installeres en girkasse mellom motoren og arbeidsmaskinen. Jo høyere motorturtall, jo mer kompleks og kostbar blir girkassen. I installasjoner med høy effekt, hvor girkassen er en kostbar komponent, er motorer designet med betydelig lavere hastigheter.

Det bør også huskes at en mekanisk girkasse alltid introduserer en betydelig feil. Derfor er det i presisjonsinstallasjoner ønskelig å bruke lavhastighetsmotorer som kan kobles til arbeidslegemene enten direkte eller gjennom enkleste overføringen. I denne forbindelse dukket det opp såkalte motorer med høyt dreiemoment lave hastigheter rotasjon. Disse motorene er mye brukt i metallskjæremaskiner, hvor de kobles med bevegelige deler uten noen mellomledd via kuleskruer.

Elektriske motorer er også forskjellige i designfunksjoner relatert til driftsforholdene. For normale forhold brukes såkalte åpne og beskyttede motorer, avkjølt av luften i rommet de er installert i.

Luft blåses gjennom maskinens kanaler ved hjelp av en vifte plassert på motorakselen. I aggressive miljøer lukkede motorer brukes, hvis kjøling utføres på grunn av en ekstern ribbet overflate eller ekstern luftstrøm. Endelig er spesialmotorer tilgjengelige for eksplosive miljøer.

Spesifikke krav til designformene til motoren stilles når det er nødvendig for å sikre høy ytelse - raske akselerasjons- og bremseprosesser. I dette tilfellet må motoren ha en spesiell geometri - en liten diameter på armaturet med stor lengde.

For å redusere induktansen til viklingen, plasseres den ikke i spor, men på overflaten av en glatt armatur. Viklingen er festet med lim som epoksyharpiks. Med lav viklingsinduktans forbedres koblingsforholdene på kollektoren betydelig, det er ikke behov for ekstra poler, og en mindre kollektor kan brukes. Sistnevnte reduserer treghetsmomentet til motorankeret ytterligere.

Enda større muligheter for å redusere mekanisk treghet er gitt ved bruk av en hul armatur, som er en sylinder laget av isolerende materiale. På overflaten av denne sylinderen er det en vikling laget ved utskrift, stempling eller fra tråd i henhold til en mal på en spesiell maskin. Viklingen er festet med klebende materialer.

Inne i den roterende sylinderen er en stålkjerne nødvendig for å lage magnetiske fluksbaner. I motorer med glatte og hule armaturer, på grunn av økningen i gap i den magnetiske kretsen på grunn av innføring av viklinger og isolasjonsmaterialer i dem, øker den nødvendige magnetiseringskraften for å lede den nødvendige magnetiske fluksen betydelig. Følgelig viser det magnetiske systemet seg å være mer utviklet.

Motorer med lav treghet inkluderer også motorer med skiveanker. Skivene som viklingene påføres eller limes på er laget av et tynt isolasjonsmateriale som ikke er utsatt for vridning, for eksempel glass. Det magnetiske systemet med to-polet design består av to braketter, hvorav den ene huser eksitasjonsviklingene. På grunn av den lave induktansen til armaturviklingen, har maskinen som regel ingen kollektor, og strømmen samles direkte fra viklingen av børster.

Det er også verdt å nevne den lineære motoren, som gir translasjonsbevegelse i stedet for rotasjonsbevegelse. Det er en motor, hvis magnetiske system er, som det var, utplassert og polene er installert på bevegelseslinjen til ankeret og den tilsvarende arbeidsdelen av maskinen. Ankeret er vanligvis utformet som et anker med lav treghet. Dimensjonene og kostnadene til motoren er store, siden det kreves et betydelig antall stolper for å sikre bevegelse over en gitt seksjon av banen.

Starter likestrømsmotorer

I det første øyeblikket man starter motoren er ankeret ubevegelig og mot f.eks. d.s. og spenningen i ankeret er null, så Iп = U / Rя.

Motstanden til ankerkretsen er liten, så startstrømmen overstiger 10 - 20 ganger eller mer merkestrømmen. Dette kan forårsake betydelig overoppheting i armaturviklingen, så motoren startes ved hjelp av aktive motstander inkludert i armaturkretsen.

Motorer med effekt opp til 1 kW tillater direkte start.

Motstandsverdien til startreostaten velges basert på den tillatte startstrømmen til motoren. Reostaten er laget i trinn for å forbedre den jevne starten av den elektriske motoren.

Ved starten av oppstarten introduseres hele motstanden til reostaten. Når ankerhastigheten øker, oppstår mot-e. d.s., som begrenser startstrømmer. Ved å gradvis fjerne reostatmotstanden trinn for trinn fra ankerkretsen, økes spenningen som tilføres ankeret.

Hastighetskontroll elektrisk motor likestrøm

DC motorhastighet:

hvor U er forsyningsspenningen; I - armaturstrøm; R i - armaturkjedemotstand; kc - koeffisient som karakteriserer det magnetiske systemet; F - magnetisk fluks av den elektriske motoren.

Fra formelen er det klart at rotasjonsfrekvensen elektrisk motor Likestrøm kan justeres på tre måter: ved å endre eksitasjonsfluksen til den elektriske motoren, ved å endre spenningen som tilføres den elektriske motoren, og ved å endre motstanden i ankerkretsen.

De to første kontrollmetodene er de mest brukte, den tredje metoden brukes sjelden: den er uøkonomisk, og motorhastigheten avhenger betydelig av belastningssvingninger. De mekaniske egenskapene som oppnås i dette tilfellet er vist i figuren.

Den tykke rette linjen er den naturlige avhengigheten av hastighet av dreiemomentet på akselen, eller, hva som er det samme, av ankerstrømmen. Den rette linjen med naturlige mekaniske egenskaper avviker litt fra den horisontale stiplede linjen. Dette avviket kalles ustabilitet, ikke-stivhet og noen ganger statisisme. Gruppe av ikke-parallelle rette linjer I tilsvarer hastighetskontroll ved eksitasjon, parallelle rette linjer II oppnås som et resultat av endring av ankerspenningen, og til slutt er vifte III resultatet av å introdusere aktiv motstand i ankerkretsen.

Eksitasjonsstrømmen til en DC-motor kan justeres ved hjelp av en reostat eller en hvilken som helst enhet aktiv motstand som kan endres i størrelse, for eksempel en transistor. Når motstanden i kretsen øker, synker eksitasjonsstrømmen og motorhastigheten øker. Når den magnetiske fluksen svekkes, er de mekaniske egenskapene plassert over de naturlige (dvs. over egenskapene i fravær av en reostat). Økt motorturtall forårsaker økt gnistdannelse under børstene. I tillegg, når den elektriske motoren opererer med en svekket strømning, reduseres stabiliteten i driften, spesielt med variable belastninger på akselen. Derfor overskrider ikke hastighetskontrollgrensene på denne måten 1,25 - 1,3 fra den nominelle.

Spenningskontroll krever en konstant strømkilde, for eksempel en generator eller omformer. Slik regulering brukes i alle industrielle systemer elektrisk stasjon: generator - likestrømsmotor (G - DPT), elektrisk maskinforsterker - DC-motor (EMU - DPT), magnetisk forsterker - DC-motor (MU - DPT), - DC-motor (T - DPT).

Bremsing elektriske motorer likestrøm

I elektriske stasjoner med elektriske motorer DC, tre bremsemetoder brukes: dynamisk, regenerativ og bakbremsing.

Dynamisk bremsing utføres ved å kortslutte motorens ankervikling eller gjennom. Hvori DC motor begynner å fungere som en generator, og konverterer den mekaniske energien den lagrer til elektrisk energi. Denne energien frigjøres i form av varme i motstanden som armaturviklingen er lukket til. Dynamisk bremsing sikrer nøyaktig motorstopp.

Regenerativ bremsingDC motor utføres når den er koblet til nettverket elektrisk motor roterer av aktuatoren med en hastighet som overstiger den ideelle tomgangshastigheten. Så eh. d.s indusert i motorviklingen overstiger verdien av nettverksspenningen, strømmen i motorviklingen endrer retning til motsatt. Elektrisk motor bytter til drift i generatormodus, og leverer energi til nettverket. Samtidig oppstår et bremsemoment på akselen. Denne modusen kan oppnås i drevene til løftemekanismer når en last senkes, så vel som ved regulering av motorhastigheten og under bremseprosesser i DC elektriske stasjoner.

Regenerativ bremsing av en DC-motor er den mest økonomiske metoden, siden elektrisitet i dette tilfellet returneres til nettverket. I den elektriske driften av metallskjæremaskiner brukes denne metoden for å kontrollere hastigheten i G - DPT og EMU - DPT systemene.

RyggbremsingDC motor utføres ved å endre polariteten til spenning og strøm i armaturviklingen. Når ankerstrømmen vekselvirker med magnetfeltet til feltviklingen, dannes et bremsemoment, som avtar når rotasjonshastigheten avtar elektrisk motor. Når rotasjonshastigheten synker elektrisk motor til null må den elektriske motoren kobles fra nettverket, ellers vil den begynne å snu i motsatt retning.

En enhet som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi kan brukes som en motor eller en generator, siden design- og driftsprinsippet til en likestrømsmotor (DCM) ligner på en generator. En spesiell egenskap ved DPT er en mekanisk omformer (bryter). Denne kommutatoren har glidekontakter i form av børster, som er arrangert slik at de endrer polariteten til ankerviklingene (spolene) under rotasjonsbevegelse.

Funksjoner og design av DPT

En DPT er en roterende elektrisk maskin drevet av likestrøm. Avhengig av kraftstrømmens retning skilles det mellom en motor (en elektrisk motor med elektrisk og mekanisk kraft) og en generator ( elektrisk generator, som tilføres mekanisk kraft, samt elektrisk energi). DCT-er kan startes under belastning og hastigheten kan enkelt endres. I generatormodus DPT konverterer AC-spenning, levert av rotoren, til en pulserende likespenning.

Oppfinnelseshistorie

Basert på utviklingen av de første voltaiske cellene i første halvdel av 1800-tallet, var de første elektromekaniske energiomformerne likestrømsmaskiner. Den opprinnelige formen på den elektriske motoren ble utviklet i 1829, og i 1832 bygde franskmannen Hippolyte Pixie den første generatoren. Antonio Pacinotti bygde en DC elektrisk motor med en flerkomponent kommutator i 1860. Friedrich von Hefner-Alteneck utviklet trommeankeret i 1872, noe som åpnet muligheten for industriell bruk innen storskala ingeniørfag.

I de påfølgende tiårene mistet slike maskiner, på grunn av utviklingen av trefaset vekselstrøm, sin betydning i storskala maskinteknikk. Synkrone maskiner og systemer med lavt nivå service asynkron motor erstattet dem i mange enheter.

Motordesign

For å forstå hvordan DBT fungerer, må du først studere det. designfunksjoner, hvorav en er at en roterende ledende krets er installert i magnetfeltet til en permanent magnet.

Forenkle denne strukturen, kan vi si det Motoren består av to hovedkomponenter:

1. Hovedmagneten (permanent magnet) som er festet til statoren. Et magnetfelt kan også genereres elektrisk. Statoren inneholder de såkalte spennende viklingene (spoler).
2. En ledende sløyfe (forsterkning) på ankerkjernen, vanligvis bestående av laminerte metallplater.

Begge designene kalles eksternt eksiterte DC-motorer. Den elektrodynamiske loven indikerer at en strømførende sløyfe til en leder i et magnetfelt representerer en kraft [F], avhengig av strømmen [I] og magnetfeltstyrken [B]. En strømførende leder er omgitt av et sirkulært magnetfelt. Hvis du kombinerer magnetfeltet til et magnetfelt med magnetfeltet til en ledende sløyfe, kan du finne en superposisjon av de to feltene, samt en resulterende krafteffekt.

Armaturviklingen består av to halvdeler av spolen. Hvis en likespenning påføres de to endene av armaturviklingen, kan bevegelige ladningsbærere tenkes å komme inn i den nedre halvdelen av spolen fra den øvre halvdelen av spolen.

Hver strømførende spole utvikler sitt eget magnetfelt, og magnetfeltet til den permanente magneten er lagt over magnetfeltet til den nedre halvdelen av spolen og feltet til den øvre halvdelen av spolen. Konstante magnetiske feltlinjer er alltid i samme retning, de peker alltid fra nord til sydpol. Derimot har feltene til de to halvdelene av spolen motsatte retninger.

På venstre side av felthalvdelen av spolen har feltlinjene til magnetiseringsfeltet og spolefeltet samme retning. På grunn av denne krafteffekten skapes et dreiemoment i motsatt retning ved den nedre og øvre enden av armeringen, noe som forårsaker en rotasjonsbevegelse av ankeret.

Ankeret er et såkalt I-beam anker. Dette designet har fått navnet sitt på grunn av formen, som ligner to sammensatte "T-er". Ankerspolene er koblet til kommutator-(kollektor)-kortene. Tilførselen av strøm til armaturviklingen skjer vanligvis gjennom karbonbørster, som gir glidende kontakt med den roterende kommutatoren og leverer strøm til spolene. Børstene er laget av selvsmørende grafitt, delvis blandet med kobberpulver for små motorer.

Driftsprinsipp og bruk

Denne enheten er en elektrisk maskin som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. Driftsprinsippet til en likestrømsmotor er at når en leder båret av strøm plasseres i et magnetfelt, opplever den en mekanisk kraft.

En permanent magnet konverterer elektrisk energi til mekanisk energi gjennom samspillet mellom to magnetiske felt. Det ene feltet er skapt av en samling av permanente magneter, det andre - elektrisk støt flyter i motorviklingene. Disse to feltene resulterer i et dreiemoment som har en tendens til å rotere rotoren. Når rotoren roterer, byttes strømmen i viklingene, noe som gir kontinuerlig dreiemomentutgang.

Kommutatoren består av ledende segmenter (staver) av kobber, som er termineringen av individuelle trådspoler fordelt rundt ankeret. Den andre halvdelen av den mekaniske bryteren er utstyrt med børster. Disse børstene forblir vanligvis stasjonære med motorhuset.

Når elektrisk energi passerer gjennom børstene og beslagene, skapes en torsjonskraft i form av en reaksjon mellom motorfeltet og ankeret, som får motorankeret til å rotere. Når ankeret dreier, bytter børstene til tilstøtende strimler på kommutatoren. Denne handlingen overfører elektrisk energi til den tilstøtende viklingen og ankeret.

Bevegelsen av magnetfeltet oppnås ved å bytte strøm mellom spoler inne i motoren. Denne handlingen kalles kommutering. Mange motorer har innebygd kommutering. Dette betyr at når motoren roterer, bytter de mekaniske børstene automatisk spolene på rotoren.

Hastighetsinnstilling

DPT kan enkelt justeres. Hastigheten kan endres ved hjelp av følgende variabler:

Den enkleste metoden for å kontrollere rotasjonshastigheten er å kontrollere drivspenningen. Jo høyere spenning, jo høyere hastighet prøver motoren å oppnå. I mange applikasjoner kan enkel spenningsregulering resultere i store effekttap i kontrollkretsen, så pulsbreddemodulasjon er en mye brukt teknikk.

I hovedsak med pulsbreddemodulasjon driftsstrømmen slås på og av for å modulere strømmen. Forholdet mellom på-tiden og "av"-tiden bestemmer hastigheten til motoren.

En eksternt eksitert motor er lett å kontrollere fordi strømmene gjennom anker- og statorviklingene kan styres separat. Derfor hadde slike motorer viss verdi, spesielt innen høydynamiske drivsystemer, for eksempel for kjøring av verktøymaskiner med presis hastighets- og dreiemomentkontroll.

Moderne applikasjon

DBT brukes på ulike felt.

Det er et viktig element i ulike produkter:

1. leker;
2. servomekaniske enheter;
3. ventil aktuatorer;
4. roboter;
5. bilelektronikk.

Høykvalitets hverdagsartikler (kjøkkenapparater) bruker en servomotor kjent som en universalmotor. Disse universalmotorene er typiske DFC-er der de stasjonære og roterende spolene er serietråder.