DC motorlar

Doğru akım elektrik motorları, geniş bir hız kontrolü aralığının, sürücünün dönüş hızını korumanın yüksek doğruluğunun ve nominal hızın üzerinde hız kontrolünün gerekli olduğu bu elektrikli sürücülerde kullanılır.

DC motorlar nasıl çalışır?

Bir DC elektrik motorunun çalışması, elektromanyetik indüksiyon fenomeni… Elektrik mühendisliğinin temellerinden, akım taşıyan bir iletkenin yerleştirildiği bilinmektedir. manyetik alan, sol kural tarafından belirlenen kuvvet şu şekilde hareket eder:

F = BİL,

burada I telden akan akımdır, V manyetik alanın endüksiyonudur; L, telin uzunluğudur.

Tel, makinenin manyetik alan çizgilerini içeriye doğru geçtiğinde indüklenir. elektrik hareket gücüİletkendeki akımla ilgili olarak ona karşı yönlendirilen, bu nedenle zıt veya zıt (contra-d.d.s) olarak adlandırılır. Motordaki elektrik gücü mekanik güce dönüştürülür ve kısmen teli ısıtmak için harcanır.

Yapısal olarak, tüm DC elektrik motorları bir indüktör ve bir hava boşluğu ile ayrılmış bir armatürden oluşur.

Endüktör elektrik motoru doğru akım, makinenin sabit bir manyetik alanı oluşturmaya yarar ve bir çerçeve, ana ve ek kutuplardan oluşur. Çerçeve, ana ve yardımcı kutupları sabitlemek için kullanılır ve makinenin manyetik devresinin bir elemanıdır. Heyecan verici bobinler, makinenin manyetik alanını oluşturmak için tasarlanmış ana kutuplarda, ek kutuplarda - komütasyon koşullarını iyileştirmek için özel bir bobin bulunur.

Çapa elektrik motoru doğru akımı, ayrı ayrı saclardan monte edilmiş manyetik sistemden, oluklara yerleştirilmiş çalışma bobininden ve kolektör çalışma bobini sabit akımına yaklaşmaya hizmet eder.

Bir toplayıcı, motor miline saplanan ve bakır plakalar üzerinde izole edilmiş arkadaşlardan seçilen bir silindirdir. Kollektörde, bölümlerin uçlarının bobin armatürlerinin lehimlendiği kurma çıkıntıları vardır. Kollektörden akım toplama, kollektörle kayar teması sağlayan fırçalar kullanılarak yapılır. Fırça tutuculara sabitlenmiş, onları belirli bir pozisyonda tutan ve toplayıcı yüzeyinde gerekli fırça basıncını sağlayan fırçalar. Fırçalar ve fırça tutucular gövde elektrik motoruna bağlı travers üzerine sabitlenmiştir.

DC elektrik motorlarında komütasyon

Bir elektrik motoru çalışırken, dönen toplayıcının yüzeyinde kayan DC fırçaları, bir toplayıcı plakadan diğerine arka arkaya geçer. Bu durumda armatür sargısının paralel bölümleri anahtarlanır ve içlerindeki akım değişir. Akımdaki değişiklik, bobin dönüşü fırça tarafından kısa devre edildiğinde gerçekleşir. Bu anahtarlama işlemi ve ilgili fenomene komütasyon denir.

Anahtarlama anında, bobinin kısa devre yapılan bölümünde kendi manyetik alanının etkisi altında e indüklenir. vesaire. v. kendi kendine indüksiyon. Ortaya çıkan e. vesaire. c. fırçaların temas yüzeyinde eşit olmayan bir akım yoğunluğu dağılımı oluşturan kısa devrede ek akıma neden olur. Bu durum kollektörün fırça altında ark yapmasının ana sebebi olarak kabul edilir. Geçişin kalitesi, fırçanın arka kenarının altındaki kıvılcımlanma derecesine göre değerlendirilir ve kıvılcımlanma derecesi ölçeğine göre belirlenir.

Elektrik motorlarını doğru akımla uyarma yöntemleri

Elektrik makinelerinden heyecan duyarak, içlerinde bir elektrik motorunun çalışması için gerekli olan bir manyetik alanın yaratılmasını anlıyorum... Elektrik motorlarını doğru akımla uyarmak için devreler şekilde gösterilmiştir.

DC motorların uyarılması için devreler: a - bağımsız, b - paralel, c - seri, d - karışık

Uyarma yöntemine göre, DC elektrik motorları dört gruba ayrılır:

1. NOV uyarma bobininin harici bir DC kaynağı tarafından çalıştırıldığı durumlarda bağımsız olarak uyarılır.

2. SHOV uyarma sargısının armatür sargısının besleme kaynağına paralel olarak bağlandığı paralel uyarma (şönt) ile.

3. IDS uyarma sargısının armatür sargısına seri olarak bağlandığı seri uyarma (seri) ile.

4. Uyarma sargısının seri IDS'sine ve paralel SHOV'una sahip karma uyarmalı (kombine) motorlar.

DC motor türleri

DC motorlar, öncelikle uyarmanın doğasında farklılık gösterir. Motorlar bağımsız, seri ve karışık tahrikli olabilir.Buna paralel olarak heyecan ihmal edilebilir. Alan sargısı, armatür devresinin beslendiği aynı ağa bağlı olsa bile, bu durumda da uyarma akımı armatür akımına bağlı değildir, çünkü besleme şebekesi sonsuz güçte bir şebeke olarak düşünülebilir ve gerilim kalıcıdır.

Alan sargısı her zaman doğrudan şebekeye bağlıdır ve bu nedenle armatür devresine ek direncin eklenmesinin uyarma modu üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Var olduğu özellikler jeneratörlerde paralel uyarma ile, burada olamaz.

Düşük güçlü DC motorlar genellikle kalıcı mıknatıs uyarımı kullanır. Aynı zamanda, motoru çalıştırma devresi önemli ölçüde basitleştirilmiştir, bakır tüketimi azalır. Bununla birlikte, alan sargısı kapalı olmasına rağmen, manyetik sistemin boyutlarının ve ağırlığının, makinenin elektromanyetik uyarımından daha düşük olmadığına dikkat edilmelidir.

Motorların özellikleri büyük ölçüde sistemleri tarafından belirlenir. heyecanlanmak.

Motorun boyutu ne kadar büyük olursa, doğal tork ve buna bağlı olarak güç de o kadar büyük olur. Bu nedenle, daha yüksek bir dönüş hızı ve aynı boyutlar ile daha fazla motor gücü elde edebilirsiniz. Bu bağlamda, kural olarak, DC motorlar, özellikle yüksek hızda - 1000-6000 rpm'de düşük güçle tasarlanmıştır.

Ancak, üretim makinelerinin çalışma gövdelerinin dönüş hızlarının önemli ölçüde daha düşük olduğunu unutmamalısınız. Bu nedenle, motor ile çalışan makine arasına bir dişli kutusu takılmalıdır.Motor devri ne kadar yüksek olursa şanzıman o kadar karmaşık ve pahalı hale gelir. Şanzımanın pahalı bir ünite olduğu yüksek güçlü kurulumlarda, motorlar önemli ölçüde daha düşük hızlarda tasarlanır.

Ayrıca, mekanik bir dişli kutusunun her zaman önemli bir hataya neden olduğu da akılda tutulmalıdır. Bu nedenle, hassas kurulumlarda, çalışan gövdelere doğrudan veya en basit şanzımanla bağlanabilen düşük hızlı motorların kullanılması arzu edilir. Bu bağlamda, düşük dönme hızlarında yüksek torklu sözde motorlar ortaya çıktı. Bu motorlar, vidalı miller kullanılarak herhangi bir ara bağlantı olmaksızın yer değiştirme gövdeleriyle eklemlendikleri metal kesme makinelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Elektrik motorları, çalışma koşullarıyla ilgili işaretler olduğunda tasarımda da farklılık gösterir. Normal şartlar için açık ve korumalı motorlar kullanılır, hava soğutmalı odalara monte edilirler.

Hava, motor miline yerleştirilmiş bir fan vasıtasıyla makinenin kanallarından üflenir. Harici bir kanatlı yüzey veya harici bir hava akımı ile soğutulan kapalı motorlar, agresif ortamlarda kullanılır. Son olarak, özel patlayıcı atmosfer motorları mevcuttur.

Motorun tasarımına yönelik özel gereksinimler, yüksek performans - hızlı bir hızlanma ve yavaşlama süreçleri akışı - sağlamak gerektiğinde sunulur. Bu durumda, motorun özel bir geometrisi olmalıdır - armatürün küçük çapı ve uzun uzunluğu.

Sargının endüktansını azaltmak için kanallara değil, düz bir armatürün yüzeyine döşenir.Bobin, epoksi reçine gibi yapıştırıcılarla sabitlenir. Düşük bobin endüktansı ile kollektörün komütasyon koşullarının iyileştirilmesi önemlidir, ek kutuplara gerek yoktur, daha küçük boyutlu bir kollektör kullanılabilir. İkincisi, motor armatürünün atalet momentini daha da azaltır.

Mekanik ataleti azaltmak için daha da büyük olasılıklar, yalıtım malzemesinden bir silindir olan içi boş bir armatürün kullanılmasını sağlar. Bu silindirin yüzeyinde baskı, damgalama veya özel bir makinede bir şablon üzerine çizim yoluyla yapılan bir sargı bulunur. Bobin yapışkan malzemelerle sabitlenir.

Yol oluşturmak için dönen bir silindirin içinde, manyetik akının geçişi için çelik bir çekirdek gereklidir. Düz ve içi boş armatürlü motorlarda, içlerine sargıların ve yalıtkan malzemelerin girmesi nedeniyle manyetik devredeki boşlukların artması nedeniyle, gerekli manyetik akıyı iletmek için gereken mıknatıslama kuvveti önemli ölçüde artar. Buna göre, manyetik sistemin daha gelişmiş olduğu ortaya çıkıyor.

Düşük ataletli motorlar ayrıca disk armatürlü motorları da içerir. Cam gibi deforme olmayan ince bir yalıtkan malzemeden yapılmış, üzerine sargıların uygulandığı veya yapıştırıldığı diskler. Bipolar versiyondaki bir manyetik sistem, biri uyarma bobinlerini barındıran iki kıskaçtan oluşur. Armatür sargısının düşük endüktansı nedeniyle, makinenin kural olarak bir kollektörü yoktur ve akım, fırçalarla doğrudan sargıdan çıkarılır.

Dönme hareketi ve öteleme sağlamayan lineer motordan da bahsetmek gerekir.Motoru, üzerinde bulunduğu manyetik sistemi ve direklerin armatürün hareket hattına ve makinenin ilgili işçi gövdesine monte edildiğini temsil eder. Ankraj genellikle düşük ataletli bir ankraj olarak tasarlanır. Yolun belirli bir bölümü boyunca hareket sağlamak için önemli sayıda direk gerektiğinden, motorun boyutu ve maliyeti büyüktür.

DC motorların çalıştırılması

Motorun çalıştırıldığı ilk anda, armatür sabit ve zıttır. vesaire. c. armatürdeki gerilim sıfıra eşittir, bu nedenle Ip = U / Rya.

Armatür devresinin direnci küçüktür, bu nedenle ani akım nominalin 10 - 20 katını veya daha fazlasını aşar. Bu önemli neden olabilir elektrodinamik çabalar armatür sargısında ve motorun kullanılmaya başlamasından dolayı aşırı ısınmasında başlangıç ​​reostaları — armatür devresine dahil olan aktif dirençler.

1 kW'a kadar olan motorlar doğrudan çalıştırılabilir.

Kalkış reostasının direnç değeri, motorun izin verilen kalkış akımına göre seçilir. Reosta, elektrik motorunun çalıştırılmasının düzgünlüğünü artırmak için aşamalar halinde yapılır.

Başlamanın başlangıcında, reostatın tüm direnci girilir. Çapa hızı arttıkça, bir karşı-e vardır. D. ani akımları sınırlayan s, Reosta direncini armatür devresinden kademeli olarak kaldırarak, armatüre verilen voltaj artar.

Hız kontrollü elektrik motoru doğru akım

DC motor hızı:

burada U, besleme voltajıdır; Iya — armatür akımı; Ri, devrenin armatür direncidir; kc — manyetik sistemi karakterize eden katsayı; F, elektrik motorunun manyetik akısıdır.

Formülden, elektrik motorunun doğru akımının dönme hızının üç şekilde ayarlanabileceği görülebilir: elektrik motorunun uyarma akısını değiştirerek, elektrik motoruna sağlanan voltajı değiştirerek ve armatür devrelerindeki direnci değiştirerek. .

İlk iki kontrol yöntemi en yaygın şekilde kullanılır, üçüncü yöntem nadiren kullanılır: ekonomik değildir ve motor hızı önemli ölçüde yük dalgalanmalarına bağlıdır. Ortaya çıkan mekanik özellikler, Şekil 1'de gösterilmektedir.

Farklı hız kontrol yöntemlerine sahip bir DC motorun mekanik özellikleri

Kalın çizgi, hızın şaft torkuna veya aynı şekilde armatür akımına doğal bağımlılığıdır. Doğal mekanik özelliklere sahip düz çizgi, yatay kesikli çizgiden biraz farklıdır. Bu sapmaya istikrarsızlık, katı olmama, bazen de devletçilik denir. Bir grup paralel olmayan düz çizgi I, uyarma yoluyla hız düzenlemesine karşılık gelir, paralel düz çizgiler II, armatür voltajının değiştirilmesinin bir sonucu olarak elde edilir, son olarak fan III, armatür devresine aktif direnç getirilmesinin sonucudur.

Bir DC motorun uyarma akımının büyüklüğü, bir reosta veya direnci büyüklüğü değiştirilebilen bir transistör gibi herhangi bir cihaz kullanılarak kontrol edilebilir. Devredeki direnç arttıkça alan akımı azalır, motor hızı artar.At Manyetik akı zayıfladığında, mekanik özellikler doğal olanların üzerindedir (yani, bir reostanın yokluğundaki özelliklerin üzerindedir). Motor devrindeki artış, fırçaların altındaki kıvılcımlanmada artışa neden olur. Ayrıca elektrik motoru zayıflamış akı ile çalıştığında, özellikle değişken şaft yüklerinde çalışma kararlılığı azalır. Dolayısıyla bu şekilde hız kontrol limitleri nominalin 1,25 – 1,3 katını geçmez.

Voltaj regülasyonu, jeneratör veya dönüştürücü gibi sabit bir akım kaynağı gerektirir. Tüm endüstriyel elektrikli tahrik sistemlerinde benzer düzenleme kullanılır: jeneratör - doğru akım sürücüsü (G - DPT), elektrikli makine amplifikatörü - DC motor (EMU - DPT), manyetik amplifikatör - DC motor (MU - DPT), tristör dönüştürücü — DC motor (T — DPT).

Elektrik motorlarının doğru akımını durdurun

DC elektrik motorlu elektrikli tahriklerde üç frenleme yöntemi kullanılır: dinamik, rejeneratif ve karşıt frenleme.

Dinamik frenleme DC motor, motorun armatür sargısının kısa devre edilmesiyle veya direnç… Bir DC motorun, depolanan mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek bir jeneratör olarak çalışmaya başladığı yer. Bu enerji, armatür sargısının kapalı olduğu dirençte ısı olarak açığa çıkar. Dinamik frenleme hassas motor freni sağlar.

Rejeneratif frenleme DC motor, şebekeye bağlı elektrik motoru tahrik mekanizması tarafından ideal rölanti hızını aşan bir hızda döndürüldüğünde gerçekleştirir. Sonra d.motor sargısında indüklenen vb. ler hat gerilim değerini aşacak, motor sargısındaki akım yön değiştirecektir. Bir elektrik motoru jeneratör modunda çalışarak şebekeye enerji verir. Aynı zamanda şaftında bir frenleme momenti oluşur. Böyle bir mod, yükü indirirken kaldırma mekanizmalarının tahriklerinde ve ayrıca motorun hızını düzenlerken ve doğru akımlı elektrikli tahriklerde frenleme işlemleri sırasında elde edilebilir.

Bir DC motorun rejeneratif frenlemesi en ekonomik yöntemdir, çünkü bu durumda elektrik şebekeye geri verilir. Metal kesme makinelerinin elektrikli tahrikinde, G — DPT ve EMU — DPT sistemlerinde hız kontrolü için bu yöntem kullanılır.

Karşıt DC motorun durdurulması, armatür sargısındaki gerilim ve akımın polaritesi değiştirilerek yapılır. Armatür akımı, uyarma bobininin manyetik alanı ile etkileşime girdiğinde, elektrik motorunun dönüş hızı düştükçe azalan bir frenleme torku oluşturulur. Bir elektrik motorunun hızı sıfıra düştüğünde elektrik motorunun şebekeden ayrılması gerekir, aksi halde ters yönde dönmeye başlar.