Elektromotory jednosmerného prúdu a rozsah ich použitia. Čo je to bezkomutátorový jednosmerný motor a princíp jeho fungovania

Jednosmerné motory (jednosmerné motory) sa používajú na premenu konštantnej elektrickej energie na mechanickú prácu. Motor tohto typu bol prvým zo všetkých vynájdených točivých elektrických strojov. Princíp jeho fungovania je známy už od polovice minulého storočia a dodnes verne slúžia človeku a uvádzajú do pohybu obrovské množstvo strojov a mechanizmov.

V roku 1821 Faraday pri vykonávaní experimentov o interakcii vodičov s prúdom a magnetom zistil, že elektrický prúd spôsobuje, že sa vodič otáča okolo magnetu. Faradayove skúsenosti tak vydláždili cestu k vytvoreniu elektromotora. O niečo neskôr Thomas Davenport v roku 1833 vyrobil prvý rotačný elektromotor a implementoval ho pri riadení modelu vlaku. O rok neskôr vytvoril B. S. Jacobi prvý elektrický jednosmerný motor na svete, ktorý využíval princíp priameho otáčania pohyblivej časti motora. A už 13. septembra 1838 v Ruskej ríši vyplával po Neve proti prúdu prvý motorový čln s 12 pasažiermi. Lopatkové kolesá poháňal elektromotor, ktorý dostával prúd z batérie s 320 článkami.

V roku 1886 sa elektromotor stal podobným moderným verziám. V budúcnosti sa stále viac modernizoval.

Dnes je život našej technogénnej civilizácie úplne nemožný bez elektromotora. Používa sa takmer všade: vo vlakoch, trolejbusoch, električkách. Závody a továrne používajú výkonné elektrické stroje, domáce spotrebiče (elektrické mlynčeky na mäso, kuchynské roboty, mlynčeky na kávu, vysávače) atď.

Jednosmerné motory s permanentným magnetom sú dnes široko používané v rôznych aplikáciách, kde sú dôležité malé rozmery, vysoký výkon a nízke náklady. Kvôli dobrej rýchlosti otáčania sa často používajú spolu s prevodovkou, čo vedie k nízkej rýchlosti a výraznému zvýšeniu krútiaceho momentu.

Jednosmerné motory s permanentným magnetom sú motory s pomerne jednoduchým zariadením a elementárnym ovládaním. Napriek tomu, že ich ovládanie je veľmi jednoduché, rýchlosť ich otáčania nie je určená riadiacim signálom, pretože závisí od mnohých faktorov, predovšetkým od zaťaženia hriadeľa a konštantného napájacieho napätia. Pomer ideálneho krútiaceho momentu motora a otáčok je lineárny, t.j. čím väčšie je zaťaženie hriadeľa, tým sú otáčky pomalšie a vo vinutí viac ampérov.

Prevažná väčšina elektromotorov pracuje podľa fyziky magnetického odpudzovania a príťažlivosti. Ak sa medzi severný a južný pól magnetu umiestni drôt a prechádza ním elektrický prúd, tak sa začne vytláčať.Lebo keď, vytvorí okolo seba magnetické pole po celej dĺžke vodiča. Smer tohto poľa možno nájsť pomocou pravidla gimlet.

Pri interakcii kruhového magnetického poľa vodiča a homogénneho poľa magnetu sa pole medzi pólmi na jednej strane zmenšuje a na druhej strane zväčšuje. To znamená, že výsledná sila vytlačí drôt z magnetického poľa pod uhlom 90 stupňov v smere v súlade s . a hodnota sa vypočíta podľa vzorca

kde B je hodnota magnetickej indukcie poľa; I je prúd cirkulujúci vo vodiči; L - dĺžka drôtu

Nízkoenergetické motory využívajú na vytvorenie permanentného magnetického poľa typické permanentné magnety. V prípade stredného a vysokého výkonu sa pomocou budiaceho vinutia vytvára rovnomerné magnetické pole.

Podrobnejšie zvážte proces získavania mechanického pohybu pomocou elektriny. Umiestnime drôtený rám vertikálne do rovnomerného magnetického poľa a pripojíme ho na zdroj konštantného napätia. Rám sa začne otáčať a dosiahne vodorovnú polohu. Čo sa považuje za neutrálne, pretože v ňom je účinok poľa na vodič s prúdom nulový. Aby sa pohyb nezastavil, musíte umiestniť ešte aspoň jeden rám s prúdom a zabezpečiť, aby sa smer pohybu prepol v správnom čase.

Typický motor namiesto jedného rámu má kotvu s mnohými vodičmi uloženú v špeciálnych drážkach a namiesto permanentného magnetu stator s budiacim vinutím s dvoma alebo viacerými pólmi. Vyššie uvedený obrázok zobrazuje rez dvojpólovým elektromotorom. Ak prúd pohybujúci sa „od nás“ prechádza vodičmi hornej časti kotvy a „na nás“ v spodnej časti, potom v súlade s pravidlom ľavej ruky budú horné vodiče vytlačené. magnetického poľa statora doľava a spodná časť kotvy bude vytlačená doprava. Pretože medený drôt je umiestnený v špeciálnych drážkach v kotve, potom naň prejde všetka sila a bude sa točiť. Preto, keď je vodič so smerom prúdu „od nás“ dole a stane sa proti južnému pólu motora vytvoreného statorom, bude vytlačený na ľavú stranu a začne sa brzdenie. Aby sa tomu zabránilo, je potrebné obrátiť smer prúdu v okamihu, keď prejde neutrálna čiara. To sa vykonáva pomocou kolektora - špeciálneho spínača, ktorý spína vinutie kotvy s obvodom.

Vinutie kotvy motora teda prenáša krútiaci moment na hriadeľ jednosmerného motora a poháňa pracovné mechanizmy. Konštrukčne sa všetky motory skladajú z induktora a kotvy oddelených vzduchovou medzerou.

Stator elektromotora slúži na vytvorenie pevného magnetického poľa a pozostáva z rámu, hlavného a prídavného pólu. Rám je určený na upevnenie hlavného a prídavného pólu a slúži ako prvok magnetického obvodu. Na hlavných póloch sú budiace vinutia slúžiace na vytváranie magnetického poľa, na prídavných póloch je špeciálne vinutie slúžiace na zlepšenie spínacích podmienok.

Kotva motora pozostáva z magnetického systému vyrobeného zo samostatných plechov, pracovného vinutia uloženého v špeciálnych drážkach a kolektora na napájanie pracovného vinutia.

Kolektor vyzerá ako valec namontovaný na EM hriadeli a vyrobený z medených dosiek, ktoré sú navzájom izolované. Na zberači sú špeciálne výčnelky - kohútiky, ku ktorým sú prispájkované konce sekcií vinutia. Prúd sa odstraňuje z kolektora pomocou kief, ktoré zabezpečujú posuvný kontakt s kolektorom. Kefy sú v držiakoch kefiek, ktoré ich držia v určitej polohe a vytvárajú potrebný tlak na povrch kolektora. Kefy a držiaky kief sú namontované na traverze a spojené s telom.

Kolektor je zložitá, drahá a nespoľahlivá zostava jednosmerného motora. Často iskrí, prekáža, upcháva sa prachom z kefiek. A pri veľkom zaťažení môže byť všetko tesne skratované. Jeho hlavnou úlohou je prepínať napätie kotvy tam a späť.

Aby sme lepšie pochopili činnosť kolektora, dajme rámu rotačný pohyb v smere hodinových ručičiek. V okamihu, keď rám zaujme polohu A, sa v jeho vodičoch indukuje maximálny prúd, pretože vodiče pretínajú magnetické siločiary a pohybujú sa kolmo na ne.

Indukovaný prúd z vodiča B pripojeného k doske 2 sleduje kefu 4 a cez vonkajší obvod sa vracia k vodiču A cez kefu 3. V tomto prípade bude pravá kefa kladná a ľavá záporná.

Ďalšie otáčanie rámu (pozícia B) opäť povedie k indukcii prúdu v oboch vodičoch; smer prúdu vo vodičoch však bude opačný ako smer, ktorý mali v polohe A. Pretože sa kolektorové dosky otáčajú spolu s vodičmi, kefa 4 bude opäť privádzať elektrický prúd do vonkajšieho obvodu a cez kefu 3 prúd sa vráti do rámu.

Preto sa aj napriek zmene smeru prúdu motora v samotných točivých vodičoch vplyvom spínania nezmenil smer prúdu vo vonkajšom obvode.

V ďalšom momente (G) rám opäť zaujme polohu na nulovom vedení, vo vodičoch a vo vonkajšom obvode opäť nepotečie prúd.

V nasledujúcich časových intervaloch sa bude uvažovaný cyklus pohybov opakovať v rovnakom poradí, takže smer prúdu vo vonkajšom obvode v dôsledku kolektora zostane vždy konštantný a zároveň polarita kief bude tiež zachovať.

Zostava kefy sa používa na napájanie cievok na rotujúcom rotore a na spínanie prúdu vo vinutí. Kefa je s pevným kontaktom. Otvárajú a zatvárajú kontaktné dosky rotorového kolektora s vysokou frekvenciou. Na zníženie ich iskrenia sa používajú rôzne metódy, z ktorých hlavným je použitie ďalších pólov.

So zvyšujúcim sa zrýchlením začína ďalší proces, vinutie kotvy sa pohybuje cez magnetické pole statora a vyvoláva v ňom EMF, ale je nasmerované opačne ako vinutie, ktoré otáča motor. A v dôsledku toho prúd cez kotvu prudko klesá a čím silnejší, tým väčšia je rýchlosť.

Schémy spínania motora. Keď sú vinutia zapojené paralelne, vinutie kotvy je vyrobené z veľkého počtu závitov tenkého drôtu. Potom bude prúd spínaný kolektorom nižší a dosky nebudú veľmi iskriť. Ak sú vinutia statora a kotvy zapojené do série, potom je vinutie induktora vyrobené s vodičom s väčším priemerom s menším počtom závitov. Preto magnetizačná sila zostáva konštantná a výkon motora sa zvyšuje.

Motory tohto typu s kefami v zásade nepotrebujú samostatný riadiaci obvod, pretože. všetko potrebné spínanie sa vykonáva vo vnútri motora. Pri chode elektromotora sa po rotačnom komutátore rotora kĺže dvojica statických kief, ktoré udržujú vinutia pod napätím. Smer otáčania je daný polaritou napájacieho napätia. Ak je potrebné riadiť motor iba v jednom smere, potom sa napájací prúd spína cez relé alebo inou jednoduchou metódou, a ak v oboch smeroch, potom sa používa špeciálna schéma riadenia.

Nevýhody tohto typu motorov možno považovať za rýchle opotrebovanie zostavy kefa-kolektor. Výhody - dobré štartovacie vlastnosti, jednoduché nastavenie frekvencie a smeru otáčania.

Prítomnosť budiaceho vinutia v jednosmernom motore umožňuje realizovať rôzne schémy zapojenia. V závislosti od zapojenia budiaceho vinutia (OB) existujú jednosmerné motory s nezávislým budením as vlastným budením, ktoré sa zase delí na sériové, paralelné a zmiešané.

Štart motorov tohto typu komplikujú obrovské hodnoty momentov a štartovacích prúdov, ktoré vznikajú pri štarte. V DCT môžu štartovacie prúdy prekročiť nominálne prúdy 10-40 krát. Takýto silný prebytok môže ľahko spáliť vinutia. Preto sa pri štarte snažia obmedziť prúdy na úroveň (1,5-2) I n

Činnosť asynchrónneho motora je založená na princípoch fyzickej interakcie magnetického poľa, ktoré sa objavuje v statore, s prúdom, ktorý rovnaké pole vytvára vo vinutí rotora.

Synchrónny motor je druh elektromotora, ktorý pracuje iba so striedavým napätím, pričom rýchlosť rotora sa zhoduje s frekvenciou otáčania magnetického poľa. Preto zostáva konštantný bez ohľadu na zaťaženie, pretože rotor synchrónneho motora je obyčajný elektromagnet a jeho počet pólových párov sa zhoduje s počtom pólových párov rotujúceho magnetického poľa. Preto interakcia týchto pólov zabezpečuje stálosť uhlovej rýchlosti, ktorou sa rotor otáča.

Elektromotory sú zariadenia na premenu elektrickej energie na mechanickú energiu a naopak, ale to sú už generátory. Existuje obrovské množstvo typov elektromotorov, takže existuje veľké množstvo riadiacich schém pre elektromotory. Pozrime sa na niektoré z nich

Ako viete, jednosmerný motor je zariadenie, ktoré pomocou dvoch hlavných konštrukčných častí dokáže premieňať elektrickú energiu na mechanickú energiu. Tieto kľúčové podrobnosti zahŕňajú:

1. stator - pevná / statická časť motora, ktorá obsahuje budiace vinutia, do ktorých je privádzaná energia;
2. rotor - rotujúca časť motora, ktorá je zodpovedná za mechanické otáčanie.

Okrem vyššie uvedených hlavných častí konštrukcie jednosmerného motora existujú aj pomocné časti, ako sú:

1. golier;
2. tyče;
3. budiace vinutie;
4. vinutie kotvy;
5. zberateľ;
6. kefy.

Všetky tieto časti spolu tvoria integrálnu konštrukciu jednosmerného motora. A teraz sa pozrime bližšie na hlavné časti elektromotora.

Strmeň jednosmerného motora, ktorý je vyrobený prevažne z liatiny alebo ocele, je neoddeliteľnou súčasťou statora alebo statickej časti motora. Jeho hlavnou funkciou je vytvorenie špeciálneho ochranného povlaku pre tenšie vnútorné časti motora, ako aj podpora vinutia kotvy. Okrem toho slúži strmeň ako ochranný kryt magnetických pólov a vinutia poľa jednosmerného motora, čím poskytuje podporu celému budiacemu systému.

palice

Magnetické póly jednosmerného motora sú časti tela, ktoré sú priskrutkované k vnútornej stene statora. Konštrukcia magnetických pólov pozostáva v podstate len z dvoch častí, a to z pólového jadra a pólového nástavca, ktoré sú navzájom spojené vplyvom hydraulického tlaku a pripevnené k statoru.

Video: Návrh a montáž jednosmerného motora

Bez ohľadu na to tieto dve časti slúžia rôznym účelom. Napríklad pólové jadro má malú plochu prierezu a používa sa na pridržiavanie pólového nástavca na strmene, zatiaľ čo pólový nástavec, ktorý má relatívne veľkú plochu prierezu, sa používa na šírenie magnetického toku vytvoreného cez vzduchová medzera medzi statorom a rotorom na zníženie magnetických strát.odpor. Okrem toho má pólový nástavec množstvo drážok budiaceho vinutia, ktoré vytvárajú budiaci magnetický tok.

Budiace vinutia jednosmerného motora sú vyrobené s budiacimi cievkami (medený drôt) navinutými okolo drážok pólových nástavcov tak, že pri prechode budiaceho prúdu vinutím vzniká na susedných póloch opačná polarita. Budiace vinutia v podstate fungujú ako akýsi elektromagnet schopný vytvárať budiaci tok, vo vnútri ktorého by sa rotor elektromotora otáčal, a potom ho ľahko a efektívne zastavil.

Vinutie kotvy

Vinutie kotvy jednosmerného motora je pripevnené k rotoru alebo rotujúcej časti stroja a v dôsledku toho je ovplyvnené meniacim sa magnetickým poľom pozdĺž jeho rotačnej dráhy, čo priamo vedie k magnetizačným stratám.

Z tohto dôvodu je rotor vyrobený z niekoľkých elektrooceľových platní s nízkou hysteréziou, aby sa znížili magnetické straty, ako je strata hysterézy a strata vírivým prúdom. Laminované oceľové dosky sú navzájom spojené, aby dali telu kotvy valcovú štruktúru.

Telo kotvy pozostáva z drážok (štrbín) vyrobených z rovnakého materiálu ako jadro, ku ktorým sú pripevnené vinutia kotvy, a niekoľkých závitov medeného drôtu rovnomerne rozmiestnených po obvode kotvy. Drážky drážok majú porézne klinovité spojenia, ktoré zabraňujú ohýbaniu vodiča v dôsledku veľkej odstredivej sily emitovanej počas otáčania rotora, ako aj v prítomnosti napájacieho prúdu a magnetického budenia.

Existujú dva typy konštrukcie vinutia kotvy jednosmerného motora:

• vinutie slučky (v tomto prípade sa počet paralelných prúdových dráh medzi adaptérmi (A) rovná počtu pólov (P), to znamená A \u003d P.
• vlnové vinutie (v tomto prípade je počet paralelných dráh prúdu medzi adaptérmi (A) vždy 2, bez ohľadu na počet pólov, to znamená, že stroj je zodpovedajúcim spôsobom navrhnutý).

Zberateľ

Komutátor jednosmerného motora je valcová konštrukcia naskladaných, ale izolovaná sľudou, medených segmentov. Ak hovoríme o DCT, potom sa tu kolektor používa najmä ako prostriedok na spínanie alebo prenos napájacieho prúdu zo siete cez kefy elektromotora na vinutia kotvy namontované v rotačnej konštrukcii.

kefy

Jednosmerné motorové kefy sú vyrobené z uhlíkových alebo grafitových štruktúr, ktoré vytvárajú klzný kontakt alebo posúvač nad rotujúcim komutátorom. Kefy sa používajú na prenos elektrického prúdu z vonkajšieho okruhu do rotačnej formy kolektora, kde potom vstupuje do vinutí kotvy. Komutátor a kefy elektromotora sa vo všeobecnosti používajú na prenos elektrickej energie zo statického elektrického obvodu do oblasti s mechanickým otáčaním alebo jednoducho rotora.

Po predchádzajúcom príspevku o prevodovom motore som dostal pár otázok o regulácii jednosmerného motora. Tak je čas na ďalší príspevok :)

Jednosmerný motor (DCT) je jedným z najznámejších a najzrozumiteľnejších elektromotorov, študuje sa dokonca aj v škole, vo fyzike. Používa sa takmer všade tam, kde je potrebný motor malých rozmerov, a tiež sa neponáhľa vzdať svojich pozícií ani tam, kde sa výkon meria v desiatkach kilowattov. Porozprávame sa o ňom.

▌ Dizajn a základný princíp
Nebudem tu obzvlášť nadšený, ukážem obrázok z Wikipédie a uvediem niekoľko hlavných uzlov. Všetko ostatné, čo už poznáte a ohmatáte vlastnými rukami.

1. Stator pozostáva zo zdroja magnetického poľa. Nie je to vždy permanentný magnet, navyše permanentný magnet je skôr výnimkou ako pravidlom. Zvyčajne ide o budiace vinutie. Aspoň na všetkom, čo je väčšie ako veľkosť päste.

2. Kotva pozostáva z vinutia kotvy a zostavy kolektora.

Všetko funguje veľmi, veľmi jednoducho. Vinutie kotvy je ampérovou silou odpudzované od magnetického poľa statora a robí pol otáčky, pričom sa snaží túto silu vynulovať a bolo by ju priviedlo, keby nebolo kolektora, ktorý šikovne odlomí každého, spína polarita cievky a sila sa opäť stane maximálnou. A tak v kruhu. Tie. kolektor slúži ako mechanický menič napätia v kotve. Zapamätajte si túto chvíľu, budeme ju potrebovať neskôr :)

Zvyčajne sú v malých motoroch iba dva póly budiaceho vinutia (jeden pár) a trojkolíková kotva. Tri zuby sú minimum pre štart z akejkoľvek polohy, ale čím viac zubov, tým efektívnejšie sa vinutie používa, menšie prúdy a plynulejší krútiaci moment, pretože sila je projekciou na uhol a aktívna časť vinutia sa otáča na menšiu uhol

▌ Procesy prebiehajúce v motore
Myslím, že mnohí z vás, ktorí sa motali s motormi, ste si mohli všimnúť, že majú výrazný štartovací prúd, kedy motor pri štarte dokáže trhnúť ručičkou ampérmetra napríklad na ampér a po akcelerácii prúd klesne na nejakých 200mA. .

Prečo sa to deje? Toto funguje proti emf. Keď je motor zastavený, prúd, ktorý ním môže prechádzať, závisí len od dvoch parametrov - napájacieho napätia a odporu vinutia kotvy. Takže obmedzujúci prúd, ktorý môže motor vyvinúť a na ktorom by sa mal obvod počítať, sa dá ľahko zistiť. Stačí zmerať odpor vinutia motora a vydeliť napájacie napätie touto hodnotou. Len Ohmov zákon. Toto bude maximálny prúd, počnúc.

Ale ako sa zrýchľuje, začína sa zábavná vec, vinutie kotvy sa pohybuje cez magnetické pole statora a indukuje sa v ňom EMF ako v generátore, ale je nasmerované opačne ako to, ktoré otáča motor. A v dôsledku toho prúd cez kotvu prudko klesá, čím viac, tým vyššia je rýchlosť.

A ak je motor dodatočne skrútený pozdĺž cesty, potom bude protiemf vyššie ako napájanie a motor začne čerpať energiu do systému a stane sa generátorom.

▌ Niektoré vzorce
Nebudem nikoho zaťažovať závermi, tie si nájdeš sám, ak chceš. Aby ste mali menej matanu, odporúčam nájsť si učebnicu elektrického pohonu pre stredné školy a rok výroby staršieho. Z 50-60-tych rokov, to je ono :) Sú tam vintage obrázky a maľované pre včerajšieho absolventa vidieckej sedemročnice. Veľa písmen a žiadne závažie, všetko je jasné a k veci.

Najdôležitejší vzorec jednosmerného kolektorového motora:

U = E + I i *R i

• U - napätie aplikované na kotvu
• R i je odpor kotviacej reťaze. Zvyčajne sa pre tento symbol berie do úvahy iba odpor vinutia, aj keď môžete na vonkajšej strane zavesiť odpor a bude k nemu pridaný. Potom napíšte ako (R i + R q)
• I I - prúd v kotevnom okruhu. Ten, ktorý sa meria ampérmetrom pri pokuse zmerať spotrebu motora :)
• E je zadné emf alebo emf generátora v režime generátora. Závisí od konštrukcie motora, otáčok a popisuje sa takýmto jednoduchým vzorcom

E \u003d C e * F * n

• C e je jedna z konštruktívnych konštánt. Závisia od konštrukcie motora, počtu pólov, počtu závitov, hrúbky medzier medzi kotvou a statorom. V skutočnosti to nepotrebujeme, ak je to žiaduce, možno to vypočítať experimentálne. Hlavná vec je, že je konštantná a neovplyvňuje tvar kriviek :)
• F je tok excitácie. Tie. sila magnetického poľa statora. V malých motoroch, kde sa nastavuje permanentným magnetom, je to tiež konštanta. Ale niekedy je pri budení vyvedené samostatné vinutie a potom ho môžeme zmeniť.
• n - otáčky kotvy.

Závislosť krútiaceho momentu od prúdu a toku:

M \u003d C m * I i * F

C m je konštruktívna konštanta.

Tu stojí za to venovať pozornosť tomu, že závislosť krútiaceho momentu od prúdu je úplne priama. Tie. jednoduchým meraním prúdu, s konštantným budiacim tokom, vieme presne určiť veľkosť momentu. To môže byť dôležité napríklad preto, aby sa nerozbil pohon, keď dviglo dokáže vyvinúť takú silu, že ľahko rozbije to, čo sa tam točí. Hlavne s prevodovkou.

No z toho istého vyplýva, že moment jednosmerného stroja závisí len od schopnosti zdroja dodávať mu prúd. Ideálny nezničiteľný supravodivý motor vás teda zauzlí, aj keď to bude nechtom. Len daj energiu.

A teraz to všetko zmiešame a dostaneme závislosť otáčok od krútiaceho momentu – mechanickú charakteristiku motora.

Ak to postavíte, bude to vyzerať takto:

n 0 sú ideálne voľnobežné otáčky guľového motora vo vákuu. Tie. keď náš motor konečne dostane zadarmo, moment je nulový. Aktuálna spotreba je tiež samozrejme nulová. Pretože back emf sa rovná napätiu. Čisto teoreticky. A druhý bod je postavený už s nejakým časom na hriadeli. Medzi otáčkami a krútiacim momentom je priamy vzťah. A sklon charakteristiky je určený odporom kotevnej reťaze. Ak tam nie sú žiadne ďalšie odpory, potom sa to nazýva prirodzená charakteristika.

Ideálne voľnobežné otáčky závisia od napätia a prietoku. Z ničoho iného. A ak je tok konštantný (permanentný magnet), potom iba z napätia. Znížením napätia sa celá naša charakteristika posunie paralelne nadol. Zdvojnásobili sme napätie - rýchlosť klesla na polovicu.

Ak je možné zmeniť tok budenia, potom je možné zvýšiť rýchlosť nad nominálnu. Tu je vzťah obrátený. Oslabujeme tok - motor zrýchľuje, ale buď moment klesne, alebo potrebuje jesť viac prúdu.

Ďalší motor s odstránením budenia môže ísť do pretáčania. Pamätám si, že som odovzdal zdĺhavý kurz na elektrický pohon, už čert vie, ako dlho po sedení. Prelomiť to bolo na mňa, áno :) No, sedel som v laboratóriu a čakal som na učiteľa. A tam nejaké kozy, o kurz nižšie, robili laboratórium. Vytočili motor naprázdno a vzrušenie sa pripojilo k stojanu na soplíky a odletelo z terminálu. Motor sa rozpadol na kusy. V našom laboratóriu EPA SUSU bolo všetko vážne, stroje boli vážne, každý desať kilowattov a ďalších pod sto kíl. Všetko na drsné napätie 380 voltov.
Vo všeobecnosti, keď tento blázon reval ako monštrum a začal trhať z držiakov, stihol som len zakričať, že z auta je všetko posraté, seknite to do pekla. Nestihli, motor bol odtrhnutý z uchytení, vinutie vyletelo z drážok a motor prišiel kirdyk. No nikto sa nezranil.
Drive labs však boli stále zábavou. Tam sme zhoreli a vybuchli. Tam som nadobudol pozoruhodné schopnosti opraviť čokoľvek, čokoľvek v krátkom čase. V priemere sa každému raz podarilo pevne zabiť stojan a v laboratóriu sa často začalo s upevnením spájkovačky, ktorou sa opravoval osciloskop, pomocou ktorého sa mŕtvy stojan oživil.

Pridaním odporov do obvodu kotvy môžeme zvýšiť strmosť, t.j. Čím viac zaťažujeme, tým viac klesá rýchlosť.


Spôsob je zlý, pretože odpory v obvode kotvy musia byť navrhnuté na prúd motora, t.j. byť mocný a bude sa márne vyhrievať. No moment prudko klesá, čo je zlé.

Existujú aj motory nie nezávislého, ale sekvenčného budenia. Vtedy je vinutie statora zapojené do série s kotvou. Nie každý motor sa dá takto zapnúť, budiace vinutie musí odolať prúdu kotvy. Majú však jednu zaujímavú vlastnosť. Pri štartovaní vzniká veľký štartovací prúd a tento štartovací prúd je rovnaký ako budiaci prúd, čo poskytuje obrovský štartovací moment. Mechanická charakteristika pripomína hyperbolu s maximom v oblasti nulových otáčok.

A potom, keď zrýchľuje, krútiaci moment klesá a otáčky, naopak, stúpajú. A ak je zaťaženie odstránené z hriadeľa, motor okamžite prejde na otáčky. Takéto motory sa používajú hlavne na ťahový pohon. Aspoň to robili predtým, pred vývojom výkonovej elektroniky. Z miesta toto svinstvo zvracia tak, že sa všetci pouliční šmejdi nervózne rozžiaria.

▌ Prevádzkové režimy jednosmerného motora
Smer otáčania motora závisí od smeru prúdu kotvy alebo od smeru toku budenia. Takže ak vezmete kolektorový motor a pripojíte budiace vinutie paralelne s kotvou, potom sa bude perfektne otáčať aj na striedavý prúd (univerzálne motory, často sa dávajú do kuchynských spotrebičov). Pretože prúd sa súčasne zmení v kotve aj v budení. Ten moment bude naozaj pulzovať, ale to sú maličkosti. A naopak tam bude potrebné zmeniť polaritu kotvy alebo budenia.

Ak nakreslíme mechanickú charakteristiku v štyroch kvadrantoch, potom budeme mať niečo podobné ako toto:

Tu, napríklad, charakteristika 1 v sekcii I, náš stroj funguje ako motor. Záťaž rastie a v určitom momente sa motor zastaví a začne sa otáčať opačným smerom, t.j. záťaž to obráti. Toto je brzdový režim, opozícia. Režim je veľmi ťažký, motor sa hreje len brutálne, no na brzdenie je veľmi účinný. Ak moment na hriadeli zmení smer a začne sa otáčať smerom k motoru, motor okamžite začne generovať (IV sekcia).

Charakteristika 2 je rovnaká, len s obráteným napájacím napätím motora.

A charakteristikou 3 je dynamické brzdenie. Je tiež reostatický. Tie. keď vezmeme a jednoducho skratujeme náš motor na odpor alebo na seba. Môžete to skontrolovať sami, vziať akýkoľvek motor a roztočiť ho a potom skratovať jeho kotvu a znova ho roztočiť. Na hriadeli bude znateľné úsilie, čím viac, tým lepší motor.

Mimochodom, ovládače motorov ako L293 alebo L297 majú možnosť zapnúť reostatické brzdenie pohybom oboch tlačidiel nahor alebo nadol. V tomto prípade je kotva skratovaná cez budič do uzemňovacej alebo napájacej zbernice.

▌ Bezkartáčové jednosmerné motory
Zberný motor je veľmi dobrý. Je to sakramentsky jednoduché a flexibilne nastaviteľné. Môžete zvýšiť rýchlosť, znížiť ju, mechanická charakteristika je tvrdá, drží moment s úderom. Závislosť je priama. No rozprávka, nie motor. Nebyť jednej lyžice sračiek v tom všetkom mňam - zberateľ.

Ide o zložitý, drahý a veľmi nespoľahlivý uzol. Iskrí, prekáža, upcháva sa vodivým kefovým prachom. A pri veľkom náklade môže vzplanúť, vytvoriť všestranný požiar a potom všetko, čert motor. Všetko to skráti oblúkom pevne.

Ale čo je vlastne zberateľ? Prečo je potrebný? Vyššie som povedal, že kolektor je mechanický invertor. Jeho úlohou je prepínať napätie kotvy tam a späť a nahrádzať tok vinutím.

A na dvore je už 21. storočie a lacné a výkonné polovodiče sú teraz na každom kroku. Prečo teda potrebujeme mechanický menič, keď ho môžeme urobiť elektronickým? Presne tak, netreba! Takže vezmeme a nahradíme kolektor vypínačmi a pridáme aj snímače polohy rotora, aby sme vedeli, v akom momente prepnúť vinutia.

A pre väčšie pohodlie otočíme motor naruby - je oveľa jednoduchšie otáčať magnetom alebo jednoduchým budiacim vinutím ako kotvou so všetkou tou šambolitou na palube. Ako rotor funguje buď silný permanentný magnet alebo vinutie napájané zbernými krúžkami. Ktorý, hoci vyzerá ako zberateľ, je oveľa spoľahlivejší ako on.

A čo dostaneme? Správny! Bezkefkový jednosmerný motor alias BLDC. Všetky rovnaké roztomilé a pohodlné vlastnosti DPT, ale bez tohto škaredého zberateľa. A nemýľte si BLDC so synchrónnymi motormi. Sú to úplne odlišné stroje a majú odlišné princípy fungovania a ovládania, hoci sú konštrukčne VEĽMI podobné a rovnaké synchrónne zariadenie môže dobre fungovať ako BLDC, pridať k nemu iba snímače a riadiaci systém. Ale to je úplne iný príbeh.

Témou nášho dnešného článku je princíp činnosti jednosmerného elektromotora. Ak navštívite našu stránku, pravdepodobne už viete, že sme sa rozhodli túto tému otvoriť úplnejšie a postupne rozobrať všetky typy elektromotorov a elektrogenerátorov.

Jednosmerný prúd ľudstvo pozná asi 200 rokov, efektívne sa ho naučilo využívať o niečo neskôr, no dnes si už len ťažko vieme predstaviť ľudskú činnosť, všade tam, kde sa energia nevyužíva. Evolúcia elektromotorov prebiehala približne rovnako.

Rýchly rozvoj elektrotechniky sa od zrodu tohto smeru vo fyzike nezastavil. Prvý vývoj súvisiaci s elektromotormi bol dielom mnohých vedcov v 20. rokoch 19. storočia. Vynašiel všelijaké snažil sa postaviť mechanické stroje schopné premeniť elektrickú energiu na kinetickú.

• Mimoriadne dôležité sú štúdie M. Faradaya, ktorý v roku 1821 pri vykonávaní experimentov o interakcii prúdu a rôznych vodičov zistil, že vodič sa môže otáčať vo vnútri magnetického poľa, rovnako ako magnet sa môže otáčať okolo vodiča.
• Druhá etapa vývoja trvala výraznejšie od 30. do 60. rokov 19. storočia. Teraz, keď už človek poznal základné princípy premeny energie, pokúsil sa vytvoriť čo najefektívnejší dizajn motora s rotujúcou kotvou.
• V roku 1833 dokázal americký vynálezca a kováč na čiastočný úväzok Thomas Davenport zostrojiť prvý rotačný motor na jednosmerný prúd a skonštruovať ním poháňaný model vlaku. O 4 roky neskôr dostal patent na svoj elektromobil.

• V roku 1834 vytvoril Boris Semenovič Jacobi, rusko-nemecký fyzik a vynálezca, prvý jednosmerný elektromotor na svete, v ktorom dokázal implementovať základný princíp činnosti takýchto strojov, ktorý sa používa dodnes - s neustále sa otáčajúcou časťou .
• V roku 1838, 13. septembra, bola po Neve spustená skutočná loď s 12 pasažiermi na palube – takto prebiehali terénne skúšky motora Jacobi. Loď sa pohybovala rýchlosťou 3 km/h proti prúdu. Pohon motora bol po stranách spojený s lopatkovými kolesami ako na vtedajších parníkoch. Elektrický prúd bol do jednotky privádzaný z batérie obsahujúcej 320 galvanických článkov.

Výsledkom testov bola možnosť vytvorenia základných princípov pre ďalší vývoj elektromotorov:

• Po prvé Ukázalo sa, že rozšírenie ich pôsobnosti priamo závisí od zníženia nákladov na metódy výroby elektrickej energie - bol potrebný spoľahlivý a lacný generátor, a nie drahé galvanické batérie v tom čase.
• Po druhé, bolo potrebné vytvoriť dostatočne kompaktné motory, ktoré by však mali vysokú účinnosť.
• A do tretice– výhody motorov s rotujúcimi nejednopólovými kotvami, s konštantným krútiacim momentom, boli zrejmé.

Potom prichádza tretia etapa vo vývoji elektromotorov, ktorá sa vyznačuje objavom fenoménu samobudenia elektromotora s elektrickým prúdom, po ktorom sa vytvoril princíp reverzibility takýchto strojov, to znamená, že motor môže byť generátor a naopak. Teraz sa na napájanie motora začali používať lacné generátory prúdu, čo sa v zásade robí dodnes.

Zaujímavé vedieť! Akákoľvek elektrická sieť je pripojená k elektrárni, ktorá generuje prúd. Samotná stanica je v skutočnosti súborom výkonných generátorov uvádzaných do pohybu rôznymi spôsobmi: prúdenie rieky, veterná energia, jadrové reakcie atď. Výnimkou sú snáď fotočlánky v solárnych batériách, ale to je ďalší, drahý príbeh, ktorý zatiaľ nenašiel dostatočnú distribúciu.

Elektrický motor získal vzhľad moderného dizajnu už v roku 1886, potom sa na ňom robili iba vylepšenia a vylepšenia.

Základné princípy fungovania

Základom každého elektromotora je princíp magnetickej príťažlivosti a odpudzovania. Ako experiment môžete vykonať taký jednoduchý experiment.

• Vnútri magnetického poľa musíte umiestniť vodič, cez ktorý chcete prechádzať elektrický prúd.
• Na to je najvhodnejšie použiť magnet v tvare podkovy a ako vodič je vhodný medený drôt spojený svojimi koncami s batériou.
• V dôsledku experimentu uvidíte, že drôt bude vytlačený z oblasti permanentného magnetu. Prečo sa to deje?
• Faktom je, že keď prúd prechádza vodičom, okolo neho sa vytvára elektromagnetické pole, ktoré interaguje s existujúcim, z permanentného magnetu. V dôsledku tejto interakcie vidíme mechanický pohyb vodiča.
• Podrobnejšie to vyzerá takto. Keď kruhové pole vodiča interaguje s konštantou z magnetu, sila magnetického poľa sa na jednej strane zvyšuje a na druhej strane znižuje, v dôsledku čoho sa drôt vytláča z magnetu pod uhlom 90 stupňov. .

• Smer, ktorým bude vodič tlačiť, je možné nastaviť pomocou pravidla ľavej ruky, ktoré platí len pre elektromotory. Pravidlo hovorí nasledovné - ľavá ruka musí byť umiestnená v magnetickom poli tak, aby do nej jej siločiary vstupovali z dlane, a 4 prsty smerujú v smere kladných nábojov, potom palec položený nabok ukáže smer hnacia sila pôsobiaca na vodič.

Tieto jednoduché princípy jednosmerného motora sa používajú dodnes. V moderných jednotkách sa však namiesto permanentných magnetov používajú elektrické a rámy nahrádzajú zložité systémy vinutia.

Štruktúra motora

Pozrime sa teraz bližšie na to, ako jednosmerný motor funguje, aké časti má a ako sa navzájom ovplyvňujú.

Pokračovanie teórie

Najjednoduchší jednosmerný motor môžete ľahko navrhnúť vlastnými rukami. Inštrukcia je taká, že stačí postaviť obdĺžnikový rám z vodiča, ktorý sa môže otáčať okolo stredovej osi.

• Rám je umiestnený v magnetickom poli, po ktorom sa na jeho konce aplikuje konštantné napätie z rovnakej batérie.
• Takže akonáhle začne prúd pretekať rámom, začne sa pohybovať, až kým nezaujme horizontálnu polohu, nazývanú neutrálna alebo "mŕtva", keď je účinok poľa na vodič nulový.
• Teoreticky by sa rám mal zastaviť, ale nestane sa to, pretože zotrvačnosťou prejde cez „mŕtvy“ bod, čo znamená, že elektromotorické sily začnú opäť narastať. Ale vzhľadom na skutočnosť, že prúd teraz tečie v opačnom smere vzhľadom na magnetické pole, bude pozorovaný silný brzdný účinok, ktorý nie je porovnateľný s normálnou prevádzkou motora.
• Aby proces prebiehal normálne, je potrebné zabezpečiť taký dizajn pripojenia rámu k napájaciemu zdroju, v ktorom v okamihu prechodu prúdu cez nulový bod dôjde k prepnutiu pólov, čo znamená, že prúd bude prúdiť v rovnakom smere vzhľadom na magnetické pole.

Ako takéto zariadenie sa používa kolektor pozostávajúci z izolovaných dosiek, ale o tom si povieme trochu neskôr.

Prípadne môžete urobiť taký rám, ako je znázornené na fotografii vyššie. Jeho rozdiel je v tom, že prúd tečie rovnakým smerom pozdĺž dvoch slučiek rámu, čo vám umožňuje zbaviť sa kolektora, ale takýto elektromotor je extrémne neefektívny kvôli neustále pôsobiacim brzdným silám.

Po prijatí rotácie rotora je možné k nemu pripojiť pohon a poskytnúť zaťaženie porovnateľné s výkonom motora, čím sa získa funkčný model.

Konštrukcia jednosmerného elektromotora

Prejdime teda k štruktúre motorov:

• Stator alebo induktor- pevná časť motora, čo je časť, ktorá vytvára konštantné elektromagnetické pole. Stator pozostáva z jadra z oceľového plechu (časť požadovanej veľkosti je zostavená z dosiek určitého profilu) a vinutia.

• Vinutie zapadá do drážok jadra určitým spôsobom tvoriacim hlavné a prídavné magnetické póly, samozrejme, pri pripojení k sieti.
• Budiace vinutie je na hlavných póloch, pričom na prídavných slúži na zlepšenie spínania - zvyšuje účinnosť motora, jeho účinnosť.

• Rotor motora, ktorý je tu kotvou, má tiež podobnú štruktúru, ale odlišuje ju predovšetkým to, že táto zostava motora je pohyblivá. Je to on, kto nahrádza otočný rám z vyššie uvedených príkladov.
• Cievky kotvy navzájom izolované a spojené s kontaktnými doskami kolektora, cez ktoré je napájaná energia.
• Všetky časti rotora sú upevnené na kovovom hriadeli, čo je centrálna os otáčania motora. K nemu je pripojený pohon, ktorý prenáša krútiaci moment na vonkajšie mechanizmy.

• Zberateľ(prúžkovaný valec namontovaný na hriadeli) je pripojený k napájacej sieti cez kefy, ktoré sú najčastejšie vyrobené z grafitu. Vo všeobecnosti je štruktúra kolektora taká, že kontaktné dosky sú tiež izolované, čo umožňuje efektívne meniť smer prúdu v obvode, aby sa zabránilo brzdeniu motora.
• Samotné štetce majú posuvný kontakt s kolektorovými doskami a sú držané v jednej polohe pomocou držiakov kefiek. Pružiny pomáhajú udržiavať konštantné kontaktné napätie (a vieme, že kefy sa opotrebúvajú a stenčujú).

• Kefy sú pripojené medenými drôtmi k elektrickej sieti. Ďalej prichádza na rad externý napájací a riadiaci obvod, o ktorom si povieme trochu neskôr.

• Za kolektorom na hriadeli je valivé ložisko pre plynulé otáčanie. Zhora je chránený špeciálnym polymérovým krúžkom, ktorý ho chráni pred prachom.

Poradte! Jednou z najčastejších porúch elektromotorov je porucha ložísk. Ak sa tento malý konštrukčný prvok včas nevymení, môže sa ľahko spáliť celý motor.

• Na zadnej strane vinutia, na tom istom hriadeli, je obežné koleso, prúd vzduchu, z ktorého efektívne chladí motor.
• Pohon je zvyčajne pripevnený za obežné koleso., ktorý sa líši v parametroch v závislosti od účelu jednotky, v ktorej je inštalovaný jednosmerný motor.

V podstate je to všetko. Ako vidíte, dizajn je pomerne jednoduchý a čo je najdôležitejšie, veľmi efektívny.

Vlastnosti kolektorových motorov

Vo všeobecnosti je kolektorový motor naozaj dobré zariadenie. Tieto jednotky sa veľmi ľahko upravujú. Rýchlosť zdvíhania a spúšťania nie je problém. Dať jasný krútiaci moment alebo tuhú mechanickú charakteristiku je jednoduché.

Napriek množstvu nepopierateľných výhod má však motor v porovnaní so striedavými motormi s rotorom s vlastným budením alebo inými bezkomutátorovými jednotkami zvýšenú náročnosť montáže, ako aj nižšiu spoľahlivosť. A celý zádrhel je práve v tomto zberači.

• Táto jednotka je pomerne drahá a cena jej opravy je niekedy porovnateľná s novou časťou, ak vôbec existuje možnosť obnovy.
• Tá sa počas prevádzky zanáša vodivým prachom, čo môže časom spôsobiť poruchu celého motora.
• Kolektor iskrí, vytvára rušenie a pri vysokom zaťažení môže vôbec vzplanúť, čím vznikne všestranný požiar. V tomto prípade dôjde k skratu oblúkom, čo je nezlučiteľné so životnosťou motora.

Už sme povedali vyššie, že jeho úlohou je meniť smer prúdu v zákrutách vinutia a teraz chceme problém podrobnejšie analyzovať.

• Takže v skutočnosti táto časť rotora slúži ako prúdový usmerňovač, to znamená, že striedavý prúd sa stáva konštantným, keď ním prechádza, čo platí pre generátory, alebo mení smer prúdu, pokiaľ ide o motory.
• V prípade vyššie uvedeného príkladu s rámom rotujúcim v magnetickom poli bol potrebný kolektor pozostávajúci z dvoch izolovaných polkruhov.
• Konce rámu sú spojené s rôznymi polovičnými krúžkami, čo zabraňuje skratu obvodu.
• Ako si pamätáme, kolektor je v kontakte s kefami, ktoré sú inštalované tak, že sa súčasne navzájom nedotýkajú a nevymieňajú polkrúžky, keď rám prechádza nulovým bodom.

Všetko je extrémne jednoduché, ale takéto motory a generátory nemôžu mať normálny výkon kvôli dizajnu. V dôsledku toho sa kotva začala vyrábať s mnohými závitmi, takže aktívne vodiče boli vždy čo najbližšie k pólom magnetu, pretože pri zapamätaní si zákona elektromagnetickej indukcie je zrejmé, že táto poloha je najúčinnejšia. .

Pretože sa zvyšuje počet závitov, znamená to, že je potrebné rozbiť kolektor na väčší počet častí, čo je v skutočnosti dôvodom zložitosti výroby a vysokých nákladov na tento prvok.

Alternatíva kolektorového motora

V elektronike už dlho vládne vek polovodičov, čo umožňuje vyrábať spoľahlivé a kompaktné mikroobvody. Prečo teda stále používame kolektorové motory? Ale naozaj?

• Bez povšimnutia nenechali problém ani inžinieri. V dôsledku toho bol kolektor nahradený výkonovými spínačmi, navyše sa v konštrukcii objavili snímače, ktoré zaznamenávajú aktuálnu polohu rotora, takže systém automaticky určuje okamih prepnutia vinutia.
• Ako si pamätáme, nie je rozdiel, či sa magnet pohybuje vzhľadom na vodič, alebo či sa to deje naopak. Preto sa stator stáva kotvou a na rotore je umiestnený permanentný magnet alebo jednoduché vinutie, ktoré je napájané pomocou zberacích krúžkov, ktoré sa oveľa ľahšie otáča vo vnútri konštrukcie.

• Štruktúra zberných krúžkov trochu pripomína zberač, ale sú oveľa spoľahlivejšie a ľahšie sa vyrábajú vo výrobných podmienkach.

Výsledkom je nový typ motora, a to bezkomutátorový jednosmerný motor alias BLDC. Zariadenie má rovnaké výhody ako kolektorový motor, no zbavujeme sa otravného zberača.

Takéto motory sa však používajú iba v drahých zariadeniach, zatiaľ čo jednoduché zariadenia, ako je odšťavovač alebo rovnaký perforátor, budú pri výrobe ziskovejšie, ak sú na nich už nainštalované klasické zberateľské modely motorov.

Ovládanie jednosmerného motora

Takže, ako ste už pochopili, základným princípom činnosti jednosmerného motora je invertovať smer prúdu v obvode kotvy, inak by došlo k brzdeniu, čo by viedlo k zastaveniu motora. Motor sa teda otáča jedným smerom, no tento režim nie je jediný a motor sa dá prinútiť otáčať sa aj opačným smerom.

Na to stačí zmeniť smer prúdu v budiacom vinutí alebo vymeniť kefy, cez ktoré sa napája vinutie rotora.

Poradte! Ak sa obe tieto manipulácie vykonajú súčasne, s motorom sa nič nestane a bude sa naďalej otáčať rovnakým smerom ako predtým.

To však nie sú všetky body, ktoré treba v takomto motore upravovať. Keď potrebujete jasne ovládať rýchlosť takejto jednotky alebo zorganizovať špeciálny režim riadenia rýchlosti, okrem prepínačov a prepínačov sú v riadiacom obvode zahrnuté aj zložitejšie prvky.

• V tomto prípade by sa mali brať do úvahy nasledujúce nevýhody kolektorových motorov: nízky krútiaci moment pri nízkych otáčkach motora, kvôli čomu zariadenia vyžadujú prevodovku, čo zvyšuje náklady a komplikuje konštrukciu; generovanie silného rušenia; no, nízka spoľahlivosť kolektora, o ktorej sme písali vyššie.
• Taktiež sa berie do úvahy, že od mechanického zaťaženia hriadeľa závisí aj spotreba prúdu a rýchlosť otáčania hriadeľa.
• Hlavným parametrom, ktorý určuje rýchlosť otáčania hriadeľa, je teda napätie aplikované na vinutie, preto sa podľa logiky na ovládanie tohto parametra používajú zariadenia, ktoré regulujú výstupné napätie.

• Takéto zariadenia sú nastaviteľné stabilizátory napätia. K dnešnému dňu je vhodnejšie používať lacné kompenzačné integrálne stabilizátory, napríklad LM.Riadiaci obvod s takýmto zariadením je znázornený na schéme vyššie.

• Schéma je pomerne primitívna, ale zdá sa, že je celkom jednoduchá, a čo je najdôležitejšie, efektívna a lacná. Vidíme, že limit výstupného napätia je regulovaný prídavným odporom označeným ako Rlim, ktorého výpočet odporu je k dispozícii v údajovom liste. Zároveň je potrebné pochopiť, že zhoršuje výkon celého okruhu ako stabilizátora.
• Vidíme, že sú prezentované dva varianty schémy, ktorá bude fungovať lepšie? Možnosť „a“ dáva lineárnu charakteristiku pohodlnej regulácie, a preto je veľmi populárna.
• Možnosť "b" má naopak nelineárnu charakteristiku. Skutočný rozdiel bude viditeľný, keď premenný odpor zlyhá: v prvom prípade dosiahneme maximálnu rýchlosť otáčania a v druhom naopak minimálnu.

Nebudeme sa ďalej ponoriť do divočiny, keďže náš článok je väčšinou úvodný. Rozoberali sme princípy fungovania jednosmerných motorov a to už je niečo. Ak vás otázka zaujíma, tak si určite pozrite nasledujúce video. A týmto sa s vami lúčime! Veľa štastia!

Zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu, možno použiť ako motor alebo generátor, pretože konštrukcia a prevádzka jednosmerného motora (jednosmerný motor) je podobná ako pri generátore. Funkciou DPT je mechanický invertor (spínač). Tento komutátor má klzné kontakty vo forme kefiek, ktoré sú usporiadané tak, že pri rotačnom pohybe menia polaritu vinutia kotvy (cievky).

Vlastnosti a zariadenie DPT

DPT je točivý elektrický stroj napájaný jednosmerným prúdom. V závislosti od smeru toku výkonu sa rozlišuje motor (elektromotor s elektrickým a mechanickým výkonom) a generátor (elektrický generátor napájaný mechanickou silou aj elektrinou). DCT sa dajú spustiť pod záťažou, ich rýchlosť sa dá jednoducho meniť. V režime generátora DCT konvertuje striedavé napätie dodávané rotorom do pulzujúceho jednosmerného napätia.

História vynálezu

Na základe vývoja prvých galvanických článkov v prvej polovici 19. storočia boli prvými elektromechanickými meničmi výkonu jednosmerné stroje. Pôvodná podoba elektromotora bola vyvinutá v roku 1829 a v roku 1832 Francúz Hippolyte Pixie zostrojil prvý generátor. Antonio Pacinotti zostrojil v roku 1860 jednosmerný motor s viaczložkovým komutátorom. Friedrich von Hoefner-Alteneck vyvinul v roku 1872 bubnovú kotvu, čím sa otvorili možnosti priemyselného využitia v oblasti rozsiahleho strojárstva.

V nasledujúcich desaťročiach takéto stroje v dôsledku rozvoja trojfázového striedavého prúdu stratili význam vo veľkom strojárstve. Synchrónne stroje a nízkoúdržbové systémy indukčných motorov ich nahradili v mnohých aplikáciách.

Dizajn motora

Aby sme pochopili princíp fungovania DPT, musíme si najprv preštudovať jeho konštrukčné prvky, z ktorých jeden je, že v magnetickom poli permanentného magnetu je inštalovaný rotačný vodivý obvod.

Zjednodušením tejto štruktúry môžeme povedať, že Motor sa skladá z dvoch hlavných komponentov:

1. Hlavný magnet (permanentný magnet), ktorý je pripevnený k statoru. Magnetické pole môže byť generované aj elektricky. Na statore sú takzvané vzrušujúce vinutia (cievky).
2. Vodivá slučka (výstuž) na jadre kotvy, zvyčajne pozostávajúca z laminovaných plechov.

Obidve konštrukcie sa označujú ako externe budené jednosmerné motory. Elektrodynamický zákon naznačuje, že prúdová slučka vodiča v magnetickom poli je sila [F] v závislosti od prúdu [I] a intenzity magnetického poľa [B]. Vodivý vodič je obklopený kruhovým magnetickým poľom. Ak sa magnetické pole magnetického poľa spojí s magnetickým poľom vodivej slučky, možno zistiť superpozíciu týchto dvoch polí, ako aj výsledný silový efekt.

Vinutie kotvy pozostáva z dvoch polovíc cievky. Ak sa na dva konce vinutia kotvy privedie jednosmerné napätie, možno si predstaviť, že pohyblivé nosiče náboja vstupujú do spodnej polovice cievky z hornej polovice cievky.

Každá vodivá cievka vyvíja svoje vlastné magnetické pole a magnetické pole permanentného magnetu je superponované na magnetické pole spodnej polovice cievky a pole hornej polovice cievky. Siločiary konštantného magnetického poľa sú vždy v rovnakom smere, smerujú vždy od severného k južnému pólu. Naopak, polia dvoch polovíc cievky majú opačné smery.

V ľavej časti polovičného poľa cievky majú siločiary poľa budiča a poľa cievky rovnaký smer. Vplyvom tohto silového účinku v opačnom smere vzniká na spodnom a hornom konci kotvy krútiaci moment, ktorý spôsobuje rotačný pohyb kotvy.

Kotva je takzvaná kotva s I-lúčom. Tento dizajn bol pomenovaný kvôli svojmu tvaru, ktorý pripomína dve zlúčeniny „T“. Cievky kotvy sú pripojené na dosky komutátora (kolektor). Prívod prúdu do vinutia kotvy sa zvyčajne vykonáva cez uhlíkové kefky, ktoré zabezpečujú klzný kontakt s rotujúcim komutátorom a dodávajú elektrinu cievkam. Kefy sú vyrobené zo samomazného grafitu, čiastočne zmiešaného s medeným práškom pre malé motory.

Princíp činnosti a použitia

Toto zariadenie je elektrický stroj, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu. Princíp činnosti jednosmerného motora spočíva v tom, že vždy, keď je vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli, pôsobí naň mechanická sila.

Permanentný magnet premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu prostredníctvom interakcie dvoch magnetických polí. Jedno pole vytvára zostava permanentných magnetov, druhé elektrický prúd tečúci vo vinutí motora. Tieto dve polia majú za následok krútiaci moment, ktorý má tendenciu otáčať rotor. Keď sa rotor otáča, prúd vo vinutí sa prepína, čo poskytuje nepretržitý výstup krútiaceho momentu.

Komutátor tvoria vodivé segmenty (tyče) vyrobené z medi, ktoré sú dotvorením jednotlivých cievok drôtu rozmiestnených okolo kotvy. Druhá polovica mechanického spínača je doplnená kefami. Tieto kefy zvyčajne zostávajú nehybné s krytom motora.

Pri prechode elektrickej energie cez kefky a kotvu vzniká torzná sila vo forme reakcie medzi poľom motora a kotvou, čo spôsobuje otáčanie kotvy motora. Keď sa kotva otáča, kefy sa prepínajú do susedných pruhov na komutátore. Táto akcia prenáša elektrickú energiu do susedného vinutia a kotvy.

Pohyb magnetického poľa sa dosahuje prepínaním prúdu medzi cievkami vo vnútri motora. Táto akcia sa nazýva prepínanie. Veľa motorov má zabudovanú komutáciu. To znamená, že keď sa motor otáča, mechanické kefy automaticky prepínajú cievky na rotore.

Nastavenie rýchlosti

DPT sa dá ľahko nastaviť. Rýchlosť je možné meniť pomocou nasledujúcich premenných:

Najjednoduchším spôsobom riadenia rýchlosti je riadenie napätia pohonu. Čím vyššie je napätie, tým vyššiu rýchlosť sa motor snaží dosiahnuť. V mnohých aplikáciách môže jednoduchá regulácia napätia viesť k veľkým stratám výkonu v riadiacom obvode, preto sa široko používa metóda modulácie šírky impulzov.

Pri základnej metóde PWM sa prevádzkový výkon zapína a vypína, aby sa moduloval prúd. Pomer času zapnutia k času „vypnutia“ určuje rýchlosť motora.

Externe budený motor je ľahko ovládateľný, pretože prúdy cez vinutie kotvy a statora možno ovládať samostatne. Preto mali takéto motory mimoriadny význam, najmä v oblasti vysoko dynamických systémov pohonu, napríklad pre pohon obrábacích strojov s presnou reguláciou otáčok a krútiaceho momentu.

Moderná aplikácia

DPT sa používajú v rôznych oblastiach.

Je dôležitým prvkom v rôznych produktoch:

1. hračky;
2. servomechanické zariadenia;
3. ventilové pohony;
4. roboty;
5. automobilovej elektroniky.

Vysokokvalitné predmety dennej potreby (kuchynské spotrebiče) využívajú servomotor, známy ako univerzálny motor. Tieto univerzálne motory sú typické jednosmerné motory, v ktorých sú stacionárne a rotujúce cievky sériové vodiče.