Общие сведения о двигателях постоянного тока
Отдельные электродвигатели постоянного тока возбуждения по-прежнему используются для привода машин с переменной скоростью. Эти двигатели очень легко миниатюризируются и необходимы для очень низких мощностей и низкого напряжения.
Основы двигателей постоянного тока для инженеров-электриков - начинающих (на фото: маленький двигатель постоянного тока, через Викимедиа)
Они также особенно подходят, вплоть до высоких уровней мощности (несколько мегаватт), для изменения скорости с помощью простых, несложных электронных технологий для высоких уровней производительности (диапазон изменения обычно используется от 1 до 100).
Их характеристики также обеспечивают точное регулирование крутящего момента при работе в качестве двигателя или генератора. Их номинальная скорость вращения, которая не зависит от частоты подачи линии, легко адаптируется по дизайну в соответствии со всеми приложениями.
Однако они менее надежны, чем асинхронные двигатели и намного дороже, с точки зрения стоимости оборудования и обслуживания, поскольку они требуют регулярного обслуживания коммутатора и кистей.
Строительство двигателя постоянного тока //
Детали конструкции двигателя DC
Электродвигатель постоянного тока состоит из следующих основных частей:
Полевая катушка или статор
Это не движущаяся часть магнитной цепи, на которую наматывается обмотка, чтобы создать магнитное поле. Созданный электромагнит имеет цилиндрическую полость между ее полюсами.
Арматура или ротор
Это цилиндр магнитных слоев, которые изолированы друг от друга и перпендикулярны оси цилиндра. Арматура представляет собой подвижную часть, которая вращается вокруг своей оси и отделена от катушки поля воздушным зазором. Проводники распределены равномерно по внешней поверхности.
Коммутатор и кисти
Коммутатор является интегральным с арматурой. Щетки фиксированы. Они втираются в коммутатор и, следовательно, подают питание на якорные проводники.
Принцип работы
Когда возбуждающая катушка возбуждается, она создает магнитное поле (поток возбуждения) в воздушном зазоре в направлении радиусов якоря. Это магнитное поле « входит » в арматуру со стороны северного полюса полевой катушки и «выходит» из арматуры со стороны южного полюса катушки поля.
Когда арматура находится под напряжением, токи проходят через проводники, расположенные под одним полюсным полюсом катушки (на одной стороне щеток) в одном направлении и, таким образом, согласно закону Лапласа, подвергаются силе.
Проводники, расположенные под другим полюсом, подвергаются силе той же интенсивности в противоположном направлении. Эти две силы создают крутящий момент, который заставляет якорь двигателя вращаться (см. Рис. 1).
Рисунок 1 - Производство крутящего момента в двигателе постоянного тока
Когда якорь двигателя питается постоянным током или выпрямленным источником питания U, он производит обратно emf E, значение которого:
E = U - RI
где RI представляет собой омическое падение напряжения в арматуре.
Обратная э.д.с. E связана со скоростью и возбуждением по уравнению:
E = k ω Φ
Где:
- k - постоянная, характерная для двигателя
- ω - угловая скорость
- Φ - поток
Это уравнение показывает, что при постоянном возбуждении обратная э.д.с. (пропорциональная ω) является изображением скорости.
Крутящий момент связан с потоком катушки поля и током в арматуре уравнением:
T = k Φ I
Если поток уменьшается, крутящий момент уменьшается.
Существует два метода увеличения скорости //
1. Либо увеличьте обратную э.д.с. E, и, следовательно, напряжение питания при постоянном возбуждении: это называется операцией с постоянным крутящим моментом.
2. Или уменьшите поток возбуждения и, следовательно, ток возбуждения, сохраняя постоянное напряжение питания: это известно как операция «уменьшенный поток» или «постоянная мощность». Эта операция требует, чтобы вращающий момент уменьшался по мере увеличения скорости (см. Рисунок 2 ниже). Однако для высоких коэффициентов уменьшения потока эта операция требует специально адаптированных двигателей (механически и электрически) для преодоления проблем переключения.
Рисунок 2 - Кривые крутящего момента / скорости для отдельного двигателя возбуждения возбуждения
Работа этого типа устройства (двигатель постоянного тока) является обратимой //
Если нагрузка не соответствует движению вращения (нагрузка считается резистивной), устройство обеспечивает крутящий момент и работает как двигатель.
Если нагрузка такова, что она стремится заставить устройство вращаться (как говорят, что он ведет), или он выступает против замедления (фазы остановки нагрузки с определенной инерцией), устройство обеспечивает электрическую энергию и работает как генератор.
Различные типы двигателей постоянного тока
Рисунок 3 - Диаграммы различных типов двигателей постоянного тока
Параллельное возбуждение (отдельное или шунтирование)
Катушки, якорь и полевая катушка соединены параллельно или подаются через два источника с различным напряжением, чтобы адаптироваться к характеристикам машины (например, напряжение якоря 400 вольт и напряжение катушки 180 вольт).
Направление вращения инвертируется инвертированием той или иной обмотки, как правило, путем инвертирования напряжения якоря из-за гораздо более низких постоянных времени. Таким образом работают большинство двунаправленных скоростных приводов для двигателей постоянного тока.
DC шунтирующий двигатель (фото кредит: edisontechcenter.org)
Серия раны
Конструкция этого двигателя аналогична конструкции отдельного двигателя возбуждения возбуждения. Полевая катушка соединена последовательно с катушкой якоря, отсюда и название. Направление вращения можно изменить путем инвертирования полярностей якоря или катушки поля.
Этот двигатель в основном используется для тяги, в частности, на грузовиках, поставляемых аккумуляторными батареями. В железнодорожных тягах использовались моторные вагоны старого TGV (французский высокоскоростной поезд) этого типа. Более современные тренеры используют асинхронные двигатели.
Сложная рана (последовательное параллельное возбуждение)
Эта технология сочетает в себе характеристики электродвигателя с намоткой и двигателя шунтовой намотки. Этот электродвигатель имеет две обмотки для полюса полюса полюса. Один соединен параллельно с якорем. Через него протекает небольшой ток (низкий по отношению к рабочему току). Другой соединен последовательно.
Это добавленный двигатель потока, если амперные обороты двух обмоток добавляют их эффекты. В противном случае это двигатель отрицательного потока. Но этот конкретный метод монтажа очень редко используется, поскольку он приводит к нестабильной работе при высоких нагрузках.
Соединение двигателя постоянного тока (фото: lucas-nuelle.com)
Открытый двигатель постоянного тока - школьный проект (VIDEO)
Здесь у нас есть открытый двигатель постоянного тока с постоянным магнитом для поля. Использовалась старая арматура из неисправного триммера изгороди. Как и для школьного проекта. Необходимо было охватить следующие темы.
- Химическая энергия. Мы использовали свинцово-кислотную батарею
- Кинетическая энергия. Мы получили вращающуюся арматуру.
- Шум - мы получили звук от говорящего
- Отопление - у нас есть некоторый нагрев в арматуре, а решетки коммутаторов
- Свет - мы сделали специальный светодиодный привод через катушку
- Магнитный - мы установили, что якорь не будет вращаться без магнита под ним.
Не могу посмотреть это видео? Нажмите здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.
Ссылка // Техника Кахи. 207 - Электродвигатели - Schneider Electric