DC motor: princip provozu. DC Motor: Zařízení

První ze všech rotačních elektrických strojů vynalezených v 19. století je DC motor. Zásada fungování je známá od poloviny minulého století a dodnes motory DC stále věrně obsluhují člověka a řídí mnoho užitečných strojů a mechanismů.

První DFT

Od 30. let 19. století ve svém vývoji prošli několika etapami. Faktem je, že před zjevem na konci devatenáctého století stroje alternátory jediný zdroj elektřiny byl galvanický článek. Proto by všechny první elektromotory mohly pracovat pouze na stejnosměrném proudu.

Jaký byl první DC motor? Princip fungování a uspořádání motorů postavený v první polovině 19. století byl následující. Hlavní oblastí byl pevně stanovený soubor permanentních magnetů nebo elektromagnetů tyče, neměl obecně uzavřený magnetický obvod. Vyniklými póly kotvy vytvořené z několika oddělených tyčových magnetů na společné ose, který byl poháněn odpudivé a přitažlivých sil k pólům induktoru. Typickými zástupci nich motory W. Ricci (1833) a B. Jacoby (1834), vybavené mechanickým spíná proud v elektromagnetu s armatur pohyblivých kontaktů v obvodu vinutí kotvy.

Jak fungoval Jacobi engine

Jaký byl princip tohoto stroje? Motor stejnosměrného proudu Jacobi a jeho analogy měly pulzující elektromagnetický moment. V době konvergence opačných pólů kotvy a cívky magnetickou přitažlivostí síly momentu motoru rychle dosáhl maxima. Potom, když se pole umístění kotvy opačné póly cívky, mechanickým spínačem a přerušit proud v elektromagnety kotvy. Moment klesl na nulu. Vzhledem k setrvačnosti kotvy a poháněnými mechanismus kotevní kůly zpod indukčními pólů, v tomto bodě v nich ze spínací proud je dodáván v opačném směru, jejich polarita také obrácené, a gravitační síla k nejbližšímu pólu cívky je nahrazen odpudivé síly. Proto byl motor Jacobi otáčen po sobě následujícími tahy.

Zobrazí se prstencovitá kotva

V jádrových elektromagnetech motorové kotvy Jacobi byl proud periodicky vypnut, magnetické pole, které z nich vzniklo, zmizelo a jeho energie se přeměnila na tepelné ztráty ve vinutích. Proto došlo k přerušení elektromechanické konverze zdroje elektrického proudu kotvy (galvanické články) na mechanický proud. Potřebovali jsme motor s nepřetržitým uzavřeným vinutím, jehož proud by neustále proudil po celou dobu jeho provozu.

A taková fuhtufn byla vytvořena v roce 1860 A. Pacinottim. Jaký byl rozdíl mezi motorem DC a jeho předchůdci? Princip činnosti a konstrukce motoru Pacintotti jsou následující. Jako kotva použil ocelový prstenec s paprskami upevněnými ke svislé šachtě. V tomto případě kotva neměla jasně vyjádřené póly. Stal se implicitním pólem.

kotevní cívka vinutí byly zrušeny mezi paprsky kruhu, jehož konce jsou spojeny v sérii na kotvu, a to od bodů připojení každého dvou cívek byly kohout spojený s kolektorem deskami uspořádanými po obvodu spodní části hřídele motoru, jejichž počet se rovná počtu cívek. Celá armatura byl uzavřen do sebe a sériové spojení body jeho cívek jsou připojeny k sousedním kolektorů destiček, které kloužou na páru stávajících podávacích válečků.

Prstencová kotva je umístěn mezi póly dva pevné elektromagnetů induktor-stator, tak, že siločáry vytvořené jimi excitační magnetické pole zahrnuty ve vnějším válcovém povrchu kotvy motoru na severním pólu excitaci prochází prstencovou kotvu, bez pohybu do vnitřního prostoru díry, a je v rámci jižní pól.

Jak fungoval motor Pachinotti

Jaký byl jeho princip činnosti? Motor stejnosměrného proudu Pachinotti pracoval přesně jako moderní DPT.

Magnetické pole indukčních pólů s polaritou tato byla vždy určitý počet vodičů vinutí kotvy proudu s konstantním směru, ve kterém je induktor v rámci různých pólů proudu kotvy směru bylo obrácené. Toho bylo dosaženo tím, že válečky proudu proudu hrají roli štětců v prostoru mezi póly induktoru. Proto armatura okamžitý proud tekl do cívky přes válec, kolektoru desky a je k ní baterie, který je také v prostoru mezi póly připojeny, pak proudila v opačných směrech podél dvou poluobmotkam větví, a nakonec proudí odbočným potrubím, a sběrnou deskou a válcem v jiném póly mezera. V tomto případě se střídače samy o sobě pod cívkami induktoru změnily, ale směr proudění v nich zůstalo nezměněno.

By Ampere, Pro každý vodič cívky armatury s proudem, který je v magnetickém poli indukčního pólu působí síla, jejíž směr je určen dobře známým pravidlem "levého ruky". Pokud jde o osu motoru, tato síla vytvořila točivý moment a součet momentů ze všech těchto sil udává celkový točivý moment DCT, který je již téměř konstantní pro několik desek kolektoru.

DFT s kroužkovou armaturou a gramatickým vinutím

Jak se často stalo v historii vědy a techniky, vynález A. Pacinotti nenalezl žádnou aplikaci. Bylo to 10 let zapomenuté, až do roku 1870 to bylo nezávisle opakováno francouzsko-německým vynálezcem Z. Gramhem v podobné konstrukci generátor stejnosměrného proudu. V těchto strojích byla osa otáčení již horizontální a uhlíkové kartáče se používaly přes kolejnicové desky téměř v moderním designu. Do sedmdesátých let 19. století se stal známý princip reverzibility elektrických strojů a stroj Gram byl používán jako generátor a stejnosměrný motor. Princip fungování je již popsán výše.

Navzdory skutečnosti, že vynález prstencové kotvy byl důležitým krokem ve vývoji DPT, jeho navíjení (tzv. Grammovaya) mělo významnou nevýhodu. V magnetickém poli indukčních sloupů byly umístěny pouze ty vodiče (nazývané aktivní vodiče), které ležely pod těmito póly na vnějším válcovitém povrchu kotvy. To bylo magnetické sílu Ampérů, čímž se vytvoří točivý moment vzhledem k ose motoru. Stejné neaktivní vodiče, které prošly otvorem prstencové kotvy, se nepodílely na vytváření momentu. Jenom zbytečně rozptýlenou elektřinu ve formě tepelných ztrát.

Z kroužku k bubnu

Odstranit tuto nevýhodu prstencové kotvy byl v roce 1873, slavný německý elektrotechnik F. Gefner-Altenek. Jak fungoval stejnosměrný motor? Princip činnosti, zařízení jeho induktor-stator je stejné jako u motoru s vinutím prstence. Ale konstrukce kotvy a její navíjení se změnily.

Gefner-Altenek zdůraznit, že směr proudu kotvy proudícího z pevné kartáče, ve vodičích grammovskoy vinutí buzení na sousedních pólů jsou vždy opačné, tedy mohou být začleněny ve vinutí umístěných ve vnějším válcovém povrchu cívky s šířkou (stoupání), který se rovná pólové rozteči (obvodu kotvy, na jednom pólu buzení).

V tomto případě se děr v prstencové kotvě stává zbytečným a stává se tuhým válcem (bubnem). Takové vinutí a samotná kotva dostaly název bubnu. Spotřeba mědi v ní pro stejný počet aktivních vodičů je mnohem nižší než u vlečeného systému Gramm.

Kotva se ozubuje

V strojích Grama a Gefnera-Alteka byla hladina kotvy hladká a vodiče jejího vinutí byly umístěny v mezeře mezi ní a póly induktoru. Vzdálenost mezi konkávním válcovým povrchem excitačního pólu a konvexním povrchem kotvy byla několik milimetrů. Proto k vytvoření požadovaného magnetického pole bylo nutné použít excitační cívky s velkou magnetomotivní silou (s velkým počtem otáček). To výrazně zvýšilo rozměry a hmotnost motorů. Kromě toho bylo na hladkém povrchu kotvy jeho cívky obtížné připevnit. Ale jak to být? Koneckonců, jednat na vodiči s proudem síly Ampé, musí být umístěn v prostorových bodech s velkým magnetickým polem (s velkou magnetickou indukcí).

Ukázalo se, že to není nutné. Americký vynálezce H. Maxim zbraň ukázal, že v případě, že kotva provést bubnu zařízení, a drážky vytvořené mezi zuby umístit cívky navíjecí buben, mezera mezi póly a excitace může být snížena na zlomky milimetru. To umožnilo podstatně snížit velikost excitačních cívek, avšak točivý moment DFT se v nejmenším nezmenšil.

Jak funguje takový stejnosměrný motor? Princip činnosti je založen na skutečnosti, že ozubený kotva magnetická síla je aplikována není k vodičům v jeho drážkách (magnetické pole v nich prakticky chybí), a k samotným zuby. V tomto případě je přítomnost proudu ve vodiči v drážce rozhodující pro vznik této síly.

Jak se zbavit vířivých proudů

Dalším významným zlepšením byl zavedený slavný vynálezce T. Edison. Co přidal ke stejnosměrnému motoru? Princip akce zůstal nezměněn, ale materiál, z něhož byla jeho kotva provedena, se změnilo. Namísto předchozího masivu se stal laminát z tenkých elektricky izolovaných ocelových plechů. To umožnilo snížit velikost vířivých proudů (Foucaultovy proudy) v armatuře, což zvýšilo účinnost motoru.

Princip DC motoru

Stručně lze formulovat takto: při připojení vinutí kotvy budícího motoru k napájecímu zdroji se v něm objeví velký proud, který se nazývá počáteční proud a překročí jeho nominální hodnotu několikrát. Navíc pod póly excitace opačné polarity je směr proudů ve vodičích vinutí kotvy také opačný, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Podle pravidlo "levé ruky", Síly ampérů působí na tyto vodiče, směřují proti směru hodinových ručiček a táhnou kotvu. Ve vodičích vinutí je indukována armatura elektromotorická síla (anti-EMF), Proti napájení zdroje napájení. Při rozptýlení kotvy také roste anti-EMF v jeho vinutí. V souladu s tím se sníží proud kotvy od počáteční kotvy na hodnotu odpovídající provoznímu bodu charakteristiky motoru.

Chcete-li zvýšit rychlost otáčení kotvy, je nutné buď zvýšit proud v jeho vinutí nebo snížit jeho protiproud. Toho lze dosáhnout snížením magnetického pole excitace snížením proudu v buzení. Tato metoda řízení rychlosti DPT se rozšířila.

Princip stejnosměrného motoru se samostatnou excitací

Se zahrnutím polních vinutí terminálů (OB) do samostatného napájecího zdroje (nezávislý OM) výkonný DPT obvykle provádí tak, aby byl vhodný pro ovládání velikosti budícího proudu (pro změnu počtu otáček). Svými vlastnostmi jsou DPT s nezávislým OB téměř stejným jako DPT s OB, které jsou paralelně zapojeny do vinutí kotvy.

Paralelní excitace DPT

Princip činnosti paralelního buzení stejnosměrného motoru je určen jeho mechanickou charakteristikou, tj. závislost rychlosti otáčení na zatěžovacím momentu na jeho hřídeli. U takového motoru je změna rychlosti během přechodu od volnoběžného otáčení k jmenovitému momentu zatížení od 2 do 10%. Takové mechanické vlastnosti se nazývají tuhé.

Proto princip motoru stejnosměrného proudu s paralelním budením určuje jeho použití u pohonů s konstantní rychlostí otáčení s velkým rozsahem změny zátěže. Je však široce používán v měniči s nastavitelnou rychlostí. Aby bylo možné regulovat jeho rychlost, může být použita jak změna proudu kotvy, tak i excitační proud.

Následné buzení DFT

Princip fungování stejnosměrného motoru sériové buzení jako paralelní, to je určena mechanickými vlastnostmi, které v tomto případě je měkká, protože otáčky motoru se při změnách zatížení výrazně liší. Kde je nejvýhodnější použít takový stejnosměrný motor? Princip činnosti otáček motoru železniční trakce, která by měla snížit na překonání složení stoupá a návrat do nominální pohybu, když je rovina plně odpovídá DPT s OB postupně připojen k vinutí kotvy. Značný počet elektrických lokomotiv na světě je proto vybaven takovými zařízeními.

Princip fungování stejnosměrným motorem s buzením řada provedení, pulzní proud trakčních motorů, které jsou v podstatě stejné s DPT konzistentní RH, ale speciálně navržen pro provoz s usměrněné již na palubě elektrický proud, který má podstatný zvlnění.