DC motorer

Jævnstrøms elektriske motorer bruges i disse elektriske drev, hvor der kræves et stort udvalg af hastighedsstyring, høj nøjagtighed for at opretholde drevets rotationshastighed og hastighedsstyring over den nominelle hastighed.

Hvordan fungerer DC-motorer?

Driften af ​​en DC elmotor er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion… Det er kendt fra det grundlæggende i elektroteknik, at der placeres en strømførende leder magnetfelt, virker kraften bestemt af venstre regel:

F = BIL,

hvor I er strømmen, der løber gennem ledningen, V er induktionen af ​​magnetfeltet; L er længden af ​​ledningen.

Når ledningen krydser maskinens magnetfeltlinjer indad, induceres den Elektromotorisk kraft, som i forhold til strømmen i lederen er rettet imod den, derfor kaldes den modsat eller modsat (kontra-d. d. s). Den elektriske kraft i motoren omdannes til mekanisk kraft og går delvist med opvarmning af ledningen.

Strukturelt består alle DC-elektriske motorer af en induktor og et anker adskilt af en luftspalte.

Induktor elektrisk motor jævnstrøm tjener til at skabe et stationært magnetfelt af maskinen og består af en ramme, hoved- og yderligere poler. Rammen bruges til at fastgøre hoved- og hjælpepolerne og er et element i maskinens magnetiske kredsløb. Spændende spoler er placeret på hovedpolerne designet til at skabe et magnetfelt på maskinen, på yderligere poler - en speciel spole for at forbedre kommuteringsforholdene.

Anker elektrisk motor jævnstrøm består af det magnetiske system samlet af individuelle plader, arbejdsspolen placeret i rillerne, og samler tjener til tilgangen til arbejdsspolens konstante strøm.

En samler er en cylinder spiddet på motorakslen og valgt fra isoleret ven af ​​ven på kobberplader. Samleren har spændefremspring, hvortil enderne af sektionerne er loddede spolearmaturer. Opsamling af strøm fra solfangeren sker ved hjælp af børster, der giver glidende kontakt med solfangeren. Børster fastgjort i børsteholdere, der holder dem i en bestemt position og giver det nødvendige børstetryk på opsamlerens overflade. Børster og børsteholdere er fastgjort på traversen, forbundet til kroppens elektriske motor.

Kommutering i DC-elektromotorer

Når en elektrisk motor kører, passerer DC-børsterne, der glider på overfladen af ​​den roterende solfanger, successivt fra en kollektorplade til en anden. I dette tilfælde skiftes de parallelle sektioner af ankerviklingen, og strømmen i dem ændres. Ændringen i strøm opstår, mens spolens drejning kortsluttes af børsten. Denne omskiftningsproces og relaterede fænomener kaldes kommutering.

I omskiftningsøjeblikket induceres e i den kortsluttede del af spolen under påvirkning af dens eget magnetfelt. etc. v. selvinduktion. Det resulterende e. etc. c. forårsager yderligere strøm i kortslutningen, hvilket skaber en ujævn fordeling af strømtætheden på børsternes kontaktflade. Denne omstændighed anses for at være hovedårsagen til, at opsamleren danner en bue under børsten. Kvaliteten af ​​kommuteringen bedømmes ud fra graden af ​​gnistdannelse under børstens bagkant og bestemmes af skalaen for graden af ​​gnistdannelse.

Metoder til excitation elektriske motorer jævnstrøm

Ophidset af elektriske maskiner forstår jeg skabelsen af ​​et magnetisk felt i dem, der er nødvendigt for driften af ​​en elektrisk motor... Kredsløb til excitationselektriske motorer jævnstrøm vist på figuren.

Kredsløb til excitation af DC-motorer: a — uafhængig, b — parallel, c — serie, d — blandet

I henhold til excitationsmetoden er DC-elektriske motorer opdelt i fire grupper:

1. Uafhængigt exciteret, hvor NOV-excitationsspolen forsynes af en ekstern DC-kilde.

2. Med parallel excitation (shunt), hvor excitationsviklingen SHOV er forbundet parallelt med forsyningskilden til armaturviklingen.

3. Med serie excitation (serie), hvor IDS excitationsviklingen er forbundet i serie med armaturviklingen.

4. Mixed-excitation (kombineret) motorer, der har serie IDS og parallel SHOV af excitationsviklingen.

Typer af DC-motorer

DC-motorer adskiller sig primært i arten af ​​excitationen. Motorer kan være af uafhængig, serie og blandet excitation.Sideløbende kan spændingen negligeres. Selvom feltviklingen er forbundet til det samme netværk, hvorfra ankerkredsløbet fødes, så afhænger magnetiseringsstrømmen heller ikke i dette tilfælde af ankerstrømmen, da forsyningsnettet kan betragtes som et netværk med uendelig effekt, og spændingen er den permanent.

Feltviklingen er altid forbundet direkte til nettet, og derfor har indførelsen af ​​yderligere modstand i ankerkredsløbet ingen effekt på excitationstilstanden. De særlige forhold, at det eksisterer med parallel excitation i generatorerne, det kan ikke være her.

Laveffekt DC-motorer bruger ofte permanent magnet excitation. Samtidig er kredsløbet til at tænde motoren betydeligt forenklet, kobberforbruget reduceres. Det skal dog bemærkes, at selvom feltviklingen er slået fra, er dimensionerne og vægten af ​​det magnetiske system ikke lavere end ved elektromagnetisk excitation af maskinen.

Motorernes egenskaber er i høj grad bestemt af deres system. spænding.

Jo større motorstørrelsen er, jo større er det naturlige drejningsmoment og dermed effekten. Derfor kan du med en højere omdrejningshastighed og samme dimensioner få mere motorkraft. I denne henseende er jævnstrømsmotorer som regel designet, især med lav effekt ved høj hastighed - 1000-6000 rpm.

Du skal dog huske på, at rotationshastigheden af ​​produktionsmaskinernes arbejdslegemer er væsentligt lavere. Derfor skal der monteres en gearkasse mellem motoren og arbejdsmaskinen.Jo højere motoromdrejningstal, jo mere kompleks og dyrere bliver gearkassen. I højeffektinstallationer, hvor gearkassen er en dyr enhed, er motorerne designet med væsentligt lavere hastigheder.

Det skal også huskes på, at en mekanisk gearkasse altid introducerer en væsentlig fejl. Derfor er det i præcisionsinstallationer ønskeligt at bruge lavhastighedsmotorer, som kan forbindes til arbejdslegemer direkte eller gennem den enkleste transmission. I den forbindelse dukkede de såkaldte motorer op med højt drejningsmoment ved lave omdrejningshastigheder. Disse motorer er meget udbredt i metalskæremaskiner, hvor de er leddelt med forskydningslegemer uden nogen mellemforbindelser ved hjælp af kugleskruer.

Elektriske motorer adskiller sig også i design, når tegn relateret til betingelserne for deres drift. Til normale forhold anvendes såkaldte åbne og beskyttede motorer, luftkølede rum, hvori de er installeret.

Luft blæses gennem maskinens kanaler ved hjælp af en ventilator placeret på motorakslen. Lukkede motorer, der er afkølet af en ekstern lameloverflade eller en ekstern luftstrøm, bruges i aggressive miljøer. Endelig er specielle eksplosive atmosfæremotorer tilgængelige.

Specifikke krav til motorens design præsenteres, når det er nødvendigt for at sikre høj ydeevne - en hurtig strøm af accelerations- og decelerationsprocesser. I dette tilfælde skal motoren have en speciel geometri - en lille diameter af armaturet med sin lange længde.

For at reducere viklingens induktans lægges den ikke i kanalerne og på overfladen af ​​en glat armatur.Spolen er fastgjort med klæbemidler såsom epoxyharpiks. Med lav spoleinduktans er det væsentligt at kommuteringsforholdene for kollektoren forbedres, der er ikke behov for yderligere poler, en kollektor af mindre dimensioner kan bruges. Sidstnævnte reducerer yderligere inertimomentet for motorankeret.

Endnu større muligheder for at reducere mekanisk inerti giver brugen af ​​et hult anker, som er en cylinder af isolerende materiale. På overfladen af ​​denne cylinder er placeret en vikling lavet ved trykning, stempling eller ved at tegne på en skabelon på en speciel maskine. Spolen er fastgjort med klæbende materialer.

Inde i en roterende cylinder for at skabe stier er en stålkerne nødvendig for passagen af ​​den magnetiske flux. I motorer med glatte og hule armaturer, på grund af en stigning i hullerne i det magnetiske kredsløb på grund af indførelsen af ​​viklinger og isoleringsmaterialer i dem, øges den nødvendige magnetiseringskraft til at lede den nødvendige magnetiske flux betydeligt. Det magnetiske system viser sig derfor at være mere udviklet.

Motorer med lav inerti inkluderer også skiveankermotorer. Skiver, hvorpå vindingerne er påført eller limet, lavet af et tyndt isoleringsmateriale, der ikke deformeres, for eksempel glas. Et magnetisk system i den bipolære version består af to klemmer, hvoraf den ene rummer excitationsspolerne. På grund af armaturviklingens lave induktans har maskinen som regel ikke en kollektor, og strømmen fjernes med børster direkte fra viklingen.

Det skal også nævnes om den lineære motor, som ikke giver roterende bevægelse og translationel.Den repræsenterer motoren, det magnetiske system, som den er placeret på, og polerne er monteret på ankerets bevægelseslinje og maskinens tilsvarende arbejdslegeme. Ankeret er normalt udformet som et lavinertianker. Størrelsen og omkostningerne ved motoren er store, da der kræves et betydeligt antal pæle for at give bevægelse langs en given vejsektion.

Start af DC-motorer

I det første øjeblik for start af motoren er armaturet stationært og modsat. etc. c. ispænding i armaturet er lig nul, derfor Ip = U / Rya.

Modstanden af ​​armaturkredsløbet er lille, så startstrømmen overstiger 10 - 20 gange eller mere nominel. Dette kan forårsage betydelige elektrodynamiske indsatser i armaturviklingen og dens overophedning, på grund af hvilken motoren begynder at blive brugt startreostater — aktive modstande inkluderet i ankerkredsløbet.

Motorer op til 1 kW kan startes direkte.

Modstandsværdien for startreostaten vælges i henhold til motorens tilladte startstrøm. Reostaten er lavet i etaper for at forbedre smidigheden af ​​at starte den elektriske motor.

Ved starten af ​​starten indtastes hele rheostatens modstand. Når ankerhastigheden øges, er der en mod-e. d. s, hvilket begrænser indkoblingsstrømmene. Ved gradvist at fjerne rheostatens modstand fra ankerkredsløbet, stiger spændingen, der leveres til ankeret.

Hastighedskontrol elektrisk motor jævnstrøm

DC motorhastighed:

hvor U er forsyningsspændingen; Iya — armaturstrøm; Ri er kredsløbets ankermodstand; kc — koefficient, der karakteriserer det magnetiske system; F er den magnetiske flux af den elektriske motor.

Ud fra formlen kan det ses, at den elektriske motors rotationshastighed kan justeres på tre måder: ved at ændre excitationsfluxen af ​​den elektriske motor, ændre spændingen, der leveres til den elektriske motor, og ændre modstanden i ankerkredsløb .

De to første kontrolmetoder har fået den mest udbredte anvendelse, den tredje metode bruges sjældent: den er uøkonomisk, og motorhastigheden afhænger væsentligt af belastningsudsving. De resulterende mekaniske egenskaber er vist i fig.

Mekaniske egenskaber for en DC-motor med forskellige hastighedsstyringsmetoder

Den fede linje er hastighedens naturlige afhængighed af akselmomentet eller, hvad der er det samme, af ankerstrømmen. Den lige linje med naturlige mekaniske karakteristika afviger noget fra den vandrette stiplede linje. Denne afvigelse kaldes ustabilitet, ikke-stivhed, nogle gange statisme. En gruppe af ikke-parallelle rette linjer I svarer til hastighedsregulering ved excitation, parallelle rette linjer II opnås som følge af ændring af ankerspændingen, endelig blæser III er resultatet af indføring af aktiv modstand i ankerkredsløbet.

Størrelsen af ​​excitationsstrømmen af ​​en DC-motor kan styres ved hjælp af en rheostat eller enhver enhed, hvis modstand kan varieres i størrelse, såsom en transistor. Når modstanden i kredsløbet stiger, falder feltstrømmen, motorhastigheden stiger.Ved Når den magnetiske flux svækkes, er de mekaniske egenskaber over de naturlige (dvs. over karakteristikaene i fravær af en rheostat). En stigning i motorhastigheden fører til en stigning i gnistdannelse under børsterne. Derudover, når den elektriske motor fungerer med svækket flux, falder stabiliteten af ​​dens drift, især med variable akselbelastninger. Derfor overstiger hastighedskontrolgrænserne på denne måde ikke 1,25 — 1,3 gange den nominelle.

Spændingsregulering kræver en konstant strømkilde såsom en generator eller omformer. Lignende regulering anvendes i alle industrielle elektriske drivsystemer: generator - jævnstrømsdrev (G - DPT), elektrisk maskinforstærker - DC-motor (EMU - DPT), magnetisk forstærker - DC-motor (MU - DPT), tyristor konverter — DC-motor (T — DPT).

Stop elektriske motorer jævnstrøm

Tre metoder til bremsning bruges i elektriske drev med DC-elektriske motorer: dynamisk, regenerativ og oppositionel bremsning.

Dynamisk bremsning DC-motor sker ved at kortslutte motorens ankervikling eller ved modstand… hvor en jævnstrømsmotor begynder at fungere som en generator, der omdanner lagret mekanisk energi til elektrisk energi. Denne energi frigives som varme i den modstand, som ankerviklingen er lukket for. Dynamisk bremsning sikrer præcis motorbremsning.

Regenerativ bremsning DC-motoren udføres, når den er tilsluttet lysnettet, den elektriske motor roteres af drivmekanismen med en hastighed, der overstiger den ideelle tomgangshastighed. Derefter d.osv.s induceret i motorviklingen vil overstige linjespændingsværdien, strømmen i motorviklingen vil vende retningen. En elektrisk motor går på arbejde i generatortilstand og giver energi til netværket. Samtidig opstår der et bremsemoment på dens aksel. En sådan tilstand kan opnås i drevene af løftemekanismer, når belastningen sænkes, såvel som ved regulering af motorens hastighed og under bremseprocesser i elektriske drev med jævnstrøm.

Regenerativ bremsning af en jævnstrømsmotor er den mest økonomiske metode, da elektriciteten i dette tilfælde returneres til nettet. I det elektriske drev af metalskæremaskiner bruges denne metode til hastighedskontrol i G — DPT og EMU — DPT systemer.

Stop af oppositionens jævnstrømsmotor sker ved at ændre polariteten af ​​spændingen og strømmen i ankerviklingen. Når ankerstrømmen interagerer med magnetfeltet i magnetiseringsspolen, skabes der et bremsemoment, som falder i takt med, at elmotorens rotationshastighed falder. Når hastigheden på en elmotor falder til nul, skal elmotoren kobles fra netværket, ellers vil den begynde at rotere i den modsatte retning.