Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.
Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.
Содержание:
Электродвигатель постоянного и переменного тока
История изобретения
Электродвигатель Якоби.
Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.
Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:
- После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
- Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
- После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.
1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея
Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.
Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.
В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.
Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины
Устройство и принцип работы
В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.
Основной принцип
Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:
- Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
- Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
- Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.
Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:
- Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
- Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
- Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.
Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.
Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.
Проблема слабых пусковых токов рассматривается ниже в отдельном разделе.
Конструкция
Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:
- Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
- Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.
Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.
Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:
- В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
- По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
- Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
- Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.
Детали электродвигателя постоянного тока
Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.
В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.
Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».
Пусковые токи
Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:
- защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
- провода обмотки сгорят от перегрузки;
- секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.
Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.
Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.
Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:
- Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
- После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
- После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».
Данный цикл повторяется 3-5 раз (рис. 4) и решает необходимость старта двигателя без возникновения критических нагрузок в сети. Фактически, «плавный» запуск по-прежнему отсутствует, однако оборудование работает безопасно, а главное достоинство электродвигателя постоянного тока – крутящий момент – сохраняется.
Схемы подключения
Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.
У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.
Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:
- Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т.п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
- Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
- Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.
В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.
Регулировка скорости вращения
Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:
- В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
- При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.
Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.
Реверсирование
Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:
- при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
- при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.
Сфера применения
Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.
Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.
Самый простой щёточно-коллекторный узел
Достоинства и недостатки
Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.
Основные достоинства:
- ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
- скорость вращения якоря легко регулируется;
- двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.
Главные недостатки:
- ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
- использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
- для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.
Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.
|
Электрический двигатель – неоценимое изобретение человека. Благодаря этому устройству наша цивилизация за последние сотни лет ушла далеко вперёд. Это настолько важно, что принцип работы электродвигателя изучают ещё со школьной скамьи. Круговое вращение электроприводного вала легко трансформируется во все остальные виды движения. Поэтому любой станок, созданный для облегчения труда и сокращения времени на изготовление продукции, можно приспособить под выполнение множества задач. Каков же принцип действия электродвигателя, как он работает и каково его устройство – обо всём этом понятным языком рассказывается в представленной статье. Как работает двигатель постоянного тока Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. Направление этого поля определяют по правилу буравчика (винта). При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки (правило правой руки используется для генераторов, а правило левой руки подходит только для двигателей). Эта сила называется «амперовой» и её величина определяется по закону Ампера F=BхIхL, где В – значение магнитной индукции поля; I – ток, циркулирующий в проводнике; L – длина провода. Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора. Рассмотрим принцип создания механического движения с помощью электричества более подробно. На динамической иллюстрации показан простейший электромотор. В однородном магнитном поле вертикально располагаем проволочную рамку и пропускаем по ней ток. Что происходит? Рамка проворачивается и по инерции двигается какое-то время до достижения горизонтального положения. Это нейтральное положение – мёртвая точка — место, где воздействие поля на проводник с током равно нулю. Чтобы движение продолжилось, нужно добавить ещё хотя бы одну рамку и обеспечить переключение направление тока в рамке в нужный момент. На обучающем видео внизу страницы хорошо виден этот процесс. Принцип действия современных электродвигателей Современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полясами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе. Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя. Таким образом, обмотка якоря передаёт вращающий момент на вал электромотора, а тот в свою очередь приводит в движение рабочие механизмы любого оборудования, такого как, например, станок для сетки рабицы. Хотя в этом случае используется переменного тока, основной принцип его работы идентичен принципу действия двигателя постоянного тока – это выталкивание проводника с током из магнитного поля. Только у асинхронного электромотора вращающееся магнитное поле, а у электродвигателя постоянного тока – поле статичное. Продолжая тему двигателя постоянного тока нужно отметить, что принцип действия электродвигателя основывается на инвертировании постоянного тока в якорной цепи, чтобы не было торможения, и вращение ротора поддерживалось в постоянном ритме. Если изменить направление тока в возбуждающей обмотке статора, то, согласно правилу левой руки, изменится направление вращения ротора. То же самое произойдёт, если мы поменяем местами щёточные контакты, подводящие питание от источника к якорной обмотке. А вот если поменять «+» «-» и там и там, то направление вращения вала не изменится. Поэтому, в принципе, для питания такого мотора можно использовать и переменный ток, т.к. ток в индукторе и якоре будет меняться одновременно. На практике такие устройства используются редко. Что касается электрической то их несколько и они показаны на рисунке. При параллельном соединении обмоток, обмотка якоря делается из большого количества витков тонкой проволоки. При таком подключении коммутируемый коллектором ток будет значительно меньше из-за большого сопротивления и пластины не будут сильно искрить и выгорать. Если делать последовательное соединение обмоток индуктора и якоря, то обмотка индуктора делается из провода большего диаметра с меньшим количеством витков, т.к. весь якорный ток устремляется через статорную обмотку. При таких манипуляциях с пропорциональным изменением значений тока и количества витков, намагничивающая сила остаётся постоянной, а качественные характеристики устройства становятся лучше. На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления. • Скачать лекцию: двигатели постоянного тока
Свежие записи: |
Подавляющее большинство электроприводов нашего времени использует энергию переменного тока в асинхронном режиме. Тем не менее, двигатель постоянного тока, устройство и принцип действия которого будут рассматривать в этой статье, востребован ничуть не меньше. Что он собой представляет, какие существуют теоретические и технические особенности его эксплуатации, постараемся разобраться далее.
Что такое постоянный ток и чем он отличается от переменного?
Начать рассмотрение вопроса работы эл. двигателей необходимо с того, на чем она базируется, то есть с определения понятия «электрический ток» и его основных видов. Еще со школы нам должно быть известно, что в физике электрическим током называют направленное движение заряженных частиц (электронов или ионов). Его разделение на постоянный и переменный происходит в зависимости от величины и направления тока в некотором промежутке времени. Это хорошо видно на следующем графике:
Как видим, график (красная линия) не меняется по времени, напряжение остается стабильным. В то же время, переменный ток (зеленый график) имеет форму синусоиды, постоянно меняя свое значение и направление со временем. Периодичность, с которой график проходит через одинаковые точки по ординате называется частотой и ее стандартное значение 50 Гц.
На самом деле, практически любой бытовой прибор, электроинструмент использует постоянный ток, который преобразовывается из переменного (сетевого). Может возникнуть закономерный вопрос, а для чего тогда использовать синусоидальный ток? Дело в том, что такая форма задания тока позволяет легко преобразовывать напряжение, идущее от генератора электростанции с 200-300 тысяч Вольт до привычных 220, с учетом коэффициента эффективности.
Принцип действия электродвигателя
Работа любого эл. двигателя пост. тока базируется на принципе взаимного действия магнитных полей статора и ротора. Здесь также нужно вспомнить базовую физику и историю с рамкой, вращающейся в однородном магнитном поле. Задание предполагает подачу на нее тока, индуцирующего собственное круговое магнитное поле. При взаимодействии с предыдущим формирует направленную перпендикулярно силу Ампера. Она выталкивает рамку из однородного поля.
В нашем случае, принцип действия тот же, но роль неподвижного однородного магнитного поля играет статор, а рамки – вращающийся ротор электродвигателя, обмотками, который еще называется якорем.
Как видим, два полюса статора создают однородное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из двух частей, которые наматываются на его полюсах и соединены между собой последовательно. Концы обмоток замыкаются на разделенных, расположенных на валу электродвигателя коллекторных пластинах. Они имеют физический контакт (трение) с неподвижными щетками из графита, на которые подается пост. ток. Если при подключении соблюсти принцип расположение полюсов тока, как показано на рисунке, то полюс якоря, расположенный на схеме слева, станет условно северным, как и находящийся в непосредственной близости полюс статора электродвигателя.
Естественная реакция на действие магнитных сил заключается в том, что равнозначные полюса отталкиваются. В нашем случае такое возможно только за счет вращения. По инерции, северный полюс якоря, провернувшись на 180º станет напротив южного полюса статора. По логике вещей они должны начать притягиваться, что приведет к торможению. Чтобы этого не допустить, в момент перехода нейтральной линии коллектор переключает обмотки якоря местами, чтобы вновь организовать отторжение полюсов.
Учитывая эту информацию устройство двигателя постоянного тока можно изобразить следующим образом:
Характеристики эл. двигателя
Любой электродвигатель – это оборудование, которым можно и нужно управлять в зависимости от требуемых условий. Регулирование происходит одним из трех основных способов/принципов:
- Изменение напряжения, которое подается на обмотки ротора,
- Ввод в цепь дополнительного сопротивления,
- Изменения возбуждения (величины потока).
Работа эл. двигателя оценивается по графикам характеристик, которые бывают:
- Механическими. Представляют собой зависимость частоты/скорости вращения от момента на валу с учетом поправочного коэффициента,
- Регулировочными. Зависимость частоты вращения от напряжения в цепи питания обмоток якоря, сопротивления или потока.
На графике механической характеристики откладываются значения частоты вращения (ось ординат) и момента (ось абсцисс). По форме она представляет прямую с отрицательным уклоном. Построение графика происходит для определенной величины напряжения. Базовым уравнением механической характеристики является:
где ω – скорость вращения якоря, U – напряжение якорной цепи, К – конструктивный коэффициент, Ф – значение потока, RЯ – активное сопротивление якорной обмотки, М – электромагнитный момент электродвигателя.
В отличие от нее, график регулировочной характеристики строится для определенного момента на валу (ось абсцисс). На оси ординат по-прежнему находится частота. Для каждого из видов регулирования электродвигателя, уравнение будет иметь отдельную форму:
- Уравнение при регулировании напряжением:
- Уравнение при реостатном регулировании (сопротивлением):
- Уравнение при потоковом регулировании:
Сравнительный вид графиков представлен ниже:
Также следует напомнить, что механические характеристики могут быть естественными (снятые при номинальном режиме) или искусственными (получаются при изменении напряжения, сопротивления или потока).
Режимы работы эл. двигателей
Используя уже известный нам график для характеристик, но расширив его на четыре квадранта, можно оценить существующие режимы работы оборудования.
Нумерация квадрантов происходит против часовой стрелки, начиная с правого верхнего, в котором координаты по обеим осям идут со знаком «+». Как видно из графика, в первом и третьем квадрантах наблюдается двигательный режим, для которого мощность Р = М·ω >, 0. В двух других квадрантах реализуется режим генератора или тормозной, имеющий отрицательное значение мощности.
Как видим, график образует несколько характерных точек и зон, ответственных за отдельные режимы:
- Холостой ход. Образуется в точке ωо. В этом случае ток и момент равны нулю, а сам эл. двигатель не получает энергии,
- Генератор при параллельном подключении. Называется еще тормозным с рекуперацией в сеть. Реализуется при ω >, ωо и E >, U. Эл. двигатель получает механическую энергию от работающего оборудования, а в сеть взамен отдается электрическая (генератор тока),
- Короткое замыкание. В этом случае ω = 0 и Е = 0. Механическая энергия от вращения вала не отдается, а электрическая превращается в тепловую,
- Генератор при последовательном соединении. Этот режим еще называется торможением с противовключением. При этом ω <, 0, а ток и ЭДС имеют одинаковое направление. Выработка электричества происходит за счет вращения оборудования, совмещенного с валом ротора,
- Автономный генератор. Режим динамического торможения предполагает выработку электричества за счет одной лишь механической энергии вращения вала от привода, без участия сети.
Технические и энергетические параметры функционирования двигателей постоянного тока позволяют с большой эффективностью использовать их в разных сферах, от машиностроения до легкой промышленности и даже игрушек. Они могут действовать в чисто двигательном или режиме генератора (тормозном), используя различные коэффициенты.
Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – это электродвигатель, у которого обмотки якоря и возбуждения подключаются друг к другу параллельно. Часто по своей функциональности он превосходит агрегаты смешанного и последовательного типов в случаях, если необходимо задать постоянную скорость работы.
Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = Iя + Iв, где Iя — ток якоря, Iв – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом Iв не зависит от Iя, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.
В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:
- Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
- Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).
При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.
Сферы применения двигателя
Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:
- вентиляторами;
- насосами;
- шахтными подъемниками;
- подвесными электрическими дорогами;
- станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).
Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.
Регулирование частоты вращения
Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.
Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:
- Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения Iв уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
- Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:
- способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
- связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.
- Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.
Двигатель с независимым возбуждением
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.
Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.
Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.
Устройство асинхронного электродвигателя
В его конструкцию входят следующие элементы:
- Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
- Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
- Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов — обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.
Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.
Принцип работы асинхронного двигателя
Принцип действия асинхронного электродвигателя заложен в его названии (не синхронный). То есть статор и ротор при включении создают вращающиеся с разной частотой магнитные поля. При этом частота вращения магнитного поля ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.
Чтобы более наглядно представить себе этот процесс, возьмите постоянный магнит и покрутите его вокруг своей оси возле медного диска. Диск с небольшим отставанием начнет вращаться вслед за магнитом. Дело в том, что при вращении магнита в структуре диска возбуждаются токи Фуко (индукционные токи), движущиеся по замкнутому кругу. По сути они являются токами короткого замыкания, разогревающими металл. В диске «зарождается» собственное магнитное поле, в дальнейшем взаимодействующее с полем магнита.
В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.
Пошагово процесс выглядит следующим образом:
- При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
- В накоротко замкнутом роторе возникает переменный ток.
- Два магнитных поля (статора и ротора) создают крутящий момент.
- Крутящийся ротор пытается «догнать» поле статора.
- В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
- Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.
То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.
Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, отпадает необходимость установки скользящих контактов, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными. Изменяя направление тока в одной из обмоток (для этого нужно поменять фазы на клеммах), вы можете «заставить» мотор вращаться в ту или другую сторону.
Направление электромагнитной силы легко определить, вспомнив школьный курс физики и воспользовавшись «правилом левой руки».
На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.
Преимущества асинхронных двигателей
Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:
- Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
- Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
- Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
- Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.
Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.
Двигатель постоянного тока (DC)
DC Двигатель с постоянными магнитами — NEMA Рамы, полностью закрытые, без вентиляции с С-образной поверхностью и основанием
Двигатели постоянного токабыли использованы в промышленных целях в течение многих лет. В сочетании с приводом постоянного тока, двигатели постоянного тока обеспечивают очень точное управление. Двигатели постоянного тока могут использоваться с конвейерами, элеваторами, экструдерами, морскими установками, погрузочно-разгрузочными работами, бумагой, пластиком, резиной, сталью и текстилем, и многие другие.
Двигатели постоянного тока состоят из нескольких основных компонентов, которые включают следующее: • Рама
• Вал
• Подшипники
• Главный.Field.Windings. (Статор)
• Арматура. (Ротор)
• Коммутатор
• Щетка. Сборка
Основная конструкция двигателя постоянного тока показана в Рисунок 1 . Стандартные двигатели постоянного тока легко доступны в одной из двух основных форм:
- Обмоточное поле , где магнитный поток в двигателе регулируется током, протекающим в поле или обмотке возбуждения, обычно расположенной на статоре.
- Постоянный магнит , где магнитный поток в двигателе создается постоянными магнитами, которые имеют изогнутую поверхность для создания постоянного воздушного зазора для обычной арматуры, расположенной на роторе.Они обычно используются при мощности приблизительно до 3 кВт.
Крутящий момент в двигателе постоянного тока создается продуктом магнитного поля , создаваемого обмоткой возбуждения или магнитами, и током, протекающим в обмотке якоря. Действие механического коммутатора переключает ток якоря с одной обмотки на другую, чтобы поддерживать относительное положение тока в поле, создавая тем самым крутящий момент, независимый от положения ротора.
Схема шунтирующего двигателя постоянного тока ( Рис.2 ) показывает якорь M , сопротивление якоря R a и обмотку возбуждения. Напряжение питания якоря В и обычно подается от управляемой тиристорной системы, а полевое напряжение В f от отдельного мостового выпрямителя.
Рисунок 1 — Двигатель постоянного тока в схематической форме 
Рисунок 2 — Двигатель постоянного тока с обмоткойПри вращении якоря в цепи якоря возникает электродвижущая сила (ЭДС) E и , которая называется противо-ЭДС , поскольку она противодействует приложенному напряжению В и (согласно закону Ленца). ).Ea связано со скоростью якоря и потоком основного поля:
E a = k 1 nφ (1)
, где n — скорость вращения, φ — поток поля, а k 1 — постоянная двигателя. Из Рис. 1 видно, что напряжение якорной клеммы В и определяется как:
V a = E a + I a R a (2)
Умножая каждую сторону экв. 2 на I a дает:
V a I a = E a I a + I a 2 R a (3)
(или общая подаваемая мощность = выходная мощность + потери на якорь).Взаимодействие потока поля и потока якоря создает крутящий момент якоря, как указано в (4 ).
Крутящий момент M = k 2 I f I a (4)
, где k 2 — постоянная двигателя, а I f — ток поля. Это подтверждает прямолинейную и линейную характеристику двигателя постоянного тока, и рассмотрение этих простых уравнений покажет его управляемость и присущую ему стабильность.Характеристика скорости двигателя, как правило, представлена кривыми скорости относительно входного тока или крутящего момента, и ее форма может быть получена из уравнений 1 и 2 :
k 1 nφ = V a — (I a R a ) (5)
Если поток поддерживается постоянным путем поддержания постоянного тока возбуждения в правильно скомпенсированном двигателе, то:
n = k 2 [V a — (I a R a )] (6)
Из уравнений 4 и 6 следует, что полное управление двигателем постоянного тока может быть достигнуто посредством управления током поля и током якоря.В шунтирующем двигателе постоянного тока, показанном в , рис. 2 , эти токи могут управляться независимо.
Большинство промышленных контроллеров двигателей постоянного тока или приводов питаются напряжением; то есть, что напряжение приложено, и ток управляется, измеряя ток и регулируя напряжение, чтобы дать желаемый ток.
Рисунок 3 — Структура управления для двигателя постоянного тока с шунтирующим контактомЭто базовое расположение показано в Рисунок 3 .
Двигатели постоянного токасуществуют в других форматах. Последовательный двигатель постоянного тока, показанный в Рисунок 4 имеет обмотки возбуждения и якоря, соединенные последовательно. В этом случае ток поля и ток якоря равны и показывают характерно отличающиеся результаты производительности, хотя все еще определяются уравнениями 4 и 6 .
В шунтирующем двигателе поток поля φ лишь незначительно зависит от тока якоря, и значение IaRa при полной нагрузке редко превышает 5% от В до , давая кривую крутящий момент-скорость, которая обычно представлена как в Рисунок 6 , где скорость остается ощутимо постоянной в широком диапазоне крутящего момента нагрузки.
Рисунок 4 — Схема серийного двигателя постоянного тока 
Рисунок 5 — Составной двигатель постоянного токаДвигатель постоянного тока со сложным заводом, показанный в Рисунок 5 сочетает в себе как шунтирующие, так и последовательные характеристики. Форма характеристики крутящий момент-скорость определяется значениями сопротивления шунтирующего и последовательного полей.
Слабопадающая характеристика (, кривая b на рис. 6, , ) имеет преимущество во многих применениях, заключающихся в уменьшении механических эффектов ударной нагрузки.
Рисунок 6 — Характеристика крутящего момента (a — двигатель постоянного тока с шунтовым намотом, b — двигатель постоянного тока, c — двигатель постоянного тока серии)Кривая последовательного двигателя постоянного тока ( c на рис. 6 ) показывает, что начальный поток увеличивается пропорционально току, падая из-за магнитного насыщения. Кроме того, цепь якоря включает в себя сопротивление обмотки возбуждения, и скорость становится примерно обратно пропорциональной току. Если нагрузка падает до низкого значения, скорость резко возрастает, что может быть опасно, поэтому последовательный двигатель обычно не следует использовать там, где есть вероятность потери нагрузки.
Но поскольку он выдает высокие значения крутящего момента на низкой скорости, а его характеристика — скорость падения при увеличении нагрузки, он полезен в таких приложениях, как тяга и подъем, а также в некоторых режимах смешивания, в которых доминирует начальная задержка.
Под управлением полупроводникового преобразователя с обратной связью по скорости от тахогенератора форма кривой скорость-нагрузка в значительной степени определяется внутри контроллера. Стало стандартным использование шунтирующего двигателя постоянного тока с управлением от преобразователя, даже несмотря на то, что кривая скорость-нагрузка, когда под управлением в разомкнутом контуре, часто слегка понижается.
Предел скорости вращения двигателя постоянного тока составляет приблизительно 3 × 106 кВт / мин из-за ограничений, налагаемых коммутатором.
Ссылка:
• D.F.Warne — Справочник Newnes Electric Power Engineer
• Siemens — Основы двигателей постоянного тока
DC Motors | Принцип действия | Ресурсы для инженеров
Электродвигатели работают на электромагнетизме. Однако есть и другие типы двигателей, которые используют электростатические силы или пьезоэлектрический эффект. В случае двигателя постоянного тока с постоянными магнитами, движение происходит от электромагнита (якоря), взаимодействующего с магнитом с фиксированным полем (корпус в сборе).
В щеточном двигателе электрический ток протекает через клеммы двигателя в узле концевой крышки, который входит в контакт с коммутатором в узле якоря через угольные щетки или листья щеток.Электрический ток приводит в действие катушки, генерирующие магнитное поле, заставляющее якорь вращаться, когда он взаимодействует с магнитами, заключенными в сборку корпуса. Правило левой руки Флемминга помогает определить направление силы, тока и магнитного потока.
В бесщеточном двигателе, когда на клемму двигателя подается электричество, ток течет через фиксированное поле статора и взаимодействует с движущимся постоянным магнитом или движущимся индуцированным магнитным полем внутри ротора / якоря.После того, как движение и силовая нагрузка будут выполнены доступным источником тока, он возвращается к источнику, выходящему из двигателя.
Ключевые элементы, взаимодействующие для создания движения
Магнитный поток — Двигатель может иметь катушку с фиксированной намоткой или статор с постоянным магнитом и подвижную обмотку катушки с намоткой или ротор PM, которые будут иметь взаимодействующие поля магнитного потока для создания силы и движения.
Force — Количество тока, протекающего через электромагнитное поле, пропорционально величине силы взаимодействующего электромагнитного поля, необходимой для достижения противоположной рабочей нагрузки.В дополнение к силе и движению, необходимым для устройства, необходимо учитывать любые потери эффективности при преобразовании электроэнергии в механическую работу (ватт).
Обзор шагового двигателя
Что такое шаговый двигатель
Шаговые двигатели работают не так, как другие двигатели постоянного тока, которые просто вращаются при подаче напряжения. Вращательный шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, которое может разделить один полный оборот (360 °) на большое количество ступеней вращения.Шаговые двигатели управляются электронным способом и не требуют дорогостоящих устройств обратной связи. Линейный шаговый двигатель аналогичен вращательному двигателю, за исключением того, что вал движется линейно или продольно. Оба типа имеют два обмоточных устройства для своих электромагнитных катушек: униполярное и биполярное. Униполярный означает, что каждый конец катушки имеет одну полярность. Рекомендуемый стабилитрон используется для быстрого затухания тока в отключенной катушке. Это даст увеличенный крутящий момент двигателя, особенно на более высоких частотах.
Биполярный означает, что каждый конец катушки имеет обе полярности. Катушка будет положительной и отрицательной в течение каждого цикла движения. Поскольку каждая катушка используется полностью, двигатель имеет более высокий крутящий момент по сравнению с однополюсной катушкой. Биполярный драйвер может включать в себя постоянный ток, называемый приводом прерывателя. Это обеспечит повышенный выходной крутящий момент на более высоких частотах и уменьшит влияние колебаний температуры и напряжения питания.
Основы шагового двигателя
Шаговый двигатель PM или «консервная банка» — это недорогое решение для ваших задач позиционирования с типичными углами шага 7.5 ° — 15 °. Меньшие углы шага могут быть получены через Microstepping. При подаче электрических управляющих импульсов вал двигателя движется с определенным шагом. Текущая полярность и частота приложенных импульсов определяет направление и скорость движения вала.
Одним из наиболее значительных преимуществ шагового двигателя является его способность точно контролироваться в системе с разомкнутым контуром. Управление в разомкнутом контуре означает, что информация обратной связи о положении вала не требуется.Этот тип управления устраняет необходимость в дорогих устройствах обратной связи, просто отслеживая входные шаговые импульсы. Шаговый двигатель — хороший выбор, когда требуется контролируемое движение. Они рекомендуются в тех случаях, когда вам необходимо контролировать угол поворота, скорость, положение и синхронизацию. Значения крутящего момента, фиксирующего, удерживающего, выдвигающего и выдвигающего моментов, скорости (об / мин) и числа шагов на оборот (угол шага) характеризуют шаговый двигатель.
Момент фиксации — определяет максимальный крутящий момент, который может быть применен к обесточенному двигателю без его вращения.
Удерживающий крутящий момент — определяет максимальный крутящий момент, с которым двигатель, находящийся под напряжением, может быть загружен, не вызывая вращательного движения.
Pull-In — производительность определяет способность двигателя запускаться или останавливаться. Это максимальная частота, при которой двигатель может запускаться или останавливаться мгновенно, с приложенной нагрузкой, без потери синхронизации.
Pull-Out определяет максимальный крутящий момент при применении рампы ускорения / замедления без потери шагов.Он определяет максимальную частоту, на которой двигатель может работать без потери синхронизма.
Наш вращающийся шаговый двигатель может быть объединен с нашей полной линейкой редукторов для увеличения крутящего момента и снижения скорости.
,AC Motors | Принцип действия | Ресурсы для инженеров
Универсал Моторс
Универсальный двигатель — это однофазный последовательный двигатель, который может работать как на переменном токе (переменный ток), так и на постоянном токе (постоянный ток), и характеристики одинаковы для переменного и постоянного тока. Обмотки возбуждения серии двигателей соединены последовательно с обмоткой якоря
Основные принципы Universal Motors
Области проектирования универсального двигателя — это магнитопровод, обмотка возбуждения и якоря, коммутатор и щетки, изоляция и система охлаждения.
Процесс коммутации Universal Motors
Эксплуатационные характеристики Universal Motors
Затененные Полюс Моторс
Двигатель с экранированным полюсом — однофазный асинхронный двигатель переменного тока. Вспомогательная обмотка, которая состоит из медного кольца, называется шейдинговой катушкой. Ток в этой катушке задерживает фазу магнитного потока в этой части полюса, чтобы создать вращающееся магнитное поле. Направление вращения от незатененной стороны к затененному кольцу.
Основные принципы Мотор Шейд Полюс
- Такое расположение затененных катушек (колец) смещает ось затененных полюсов от оси основных полюсов .
- Когда на статор подается питание, поток в основной части полюса индуцирует напряжение в затухающей катушке, которая действует как вторичная обмотка трансформатора.
- Поскольку ток во вторичной обмотке трансформатора не совпадает с током в первичной обмотке.
- Ток в затухающей катушке не совпадает с током в основной обмотке возбуждения.
- Таким образом, поток полюса затенения не совпадает с потоком основного полюса.
Вращающееся поле мотора с затененным полюсом
Синхронные двигатели
Синхронные двигатели переменного тока являются электродвигателями с постоянной скоростью и работают синхронно с частотой сети. Скорость синхронного двигателя определяется количеством пар полюсов и всегда является отношением частоты линии.
- Статор снабжен двумя простыми катушками, которые могут быть напрямую подключены к сети.
- Ротор состоит из цилиндрического постоянного двухполюсного магнита, который диаметрально намагничен.
Основные принципы синхронных двигателей ,Принцип работы двигателя постоянного тока
Двигатель постоянного тока — это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую энергию .
Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда токопроводящий проводник находится в магнитном поле, он испытывает механическую силу.
Направление механической силы определяется правилом Левого Флеминга , а его величина определяется значением F = BIL Ньютон.
Нет принципиальной разницы в конструкции генератора постоянного тока и двигателя постоянного тока.Фактически, одна и та же машина постоянного тока может использоваться взаимозаменяемо в качестве генератора или двигателя.
Как и генераторы, существуют различные типы двигателей постоянного тока, которые также классифицируются на шунтовых, последовательных и комбинированных моторов постоянного тока .
Двигатели постоянного тока редко используются в обычных приложениях, потому что все компании, поставляющие электричество, поставляют переменный ток.
Однако для специальных применений, таких как сталелитейные заводы, шахты и электропоезда , выгодно преобразовывать переменный ток в постоянный ток для использования двигателей постоянного тока.Причина в том, что скорость / крутящий момент характеристики двигателей постоянного тока намного превосходят характеристики двигателей переменного тока.
Поэтому неудивительно, что для промышленных приводов двигатели постоянного тока так же популярны, как и трехфазные асинхронные двигатели.
Принцип двигателя постоянного тока
Устройство, преобразующее электроэнергию постоянного тока в механическую, называется двигателем постоянного тока.
Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что, когда токопроводящий проводник находится в магнитном поле, он испытывает механическую силу.
Направление этой силы определяется левым правилом Флеминга , а величина определяется как;
F = BIL Ньютоны
Согласно правилу левой руки Флеминга, когда электрический ток проходит через катушку в магнитном поле, магнитная сила создает крутящий момент, который вращает двигатель постоянного тока.
Направление этой силы перпендикулярно как проводу, так и магнитному полю.
Flemings Left Hand ПравилоПо существу, нет конструктивной разницы между двигателем постоянного тока и генератором постоянного тока.Та же машина постоянного тока может работать как генератор или двигатель.
Поперечное сечение машины постоянного токаРабота двигателя постоянного тока
Рассмотрим часть многополярного двигателя постоянного тока , как показано на рисунке ниже. Когда клеммы двигателя подключены к внешнему источнику постоянного тока:
- , полевые магниты возбуждаются, развивая чередующиеся северный и южный полюсы
- , проводники якоря несут токи.
Часть многополярного двигателя постоянного токаВсе проводники под северным полюсом несут токи в одном направлении, в то время как все проводники под южным полюсом несут токи в противоположном направлении.
Проводники якоря под N-полюсом переносят токи в плоскость бумаги (обозначена на рисунке как ⊗). А проводники под S-полюсом переносят токи из плоскости бумаги (обозначены на рисунке как ⨀).
Поскольку каждый провод якоря несет ток и находится в магнитном поле, на него действует механическая сила .
При применении левого правила Флеминга становится ясно, что сила на каждом проводнике имеет тенденцию вращать якорь в направлении против часовой стрелки.Все эти силы складываются вместе, чтобы создать рабочего момента , который задает вращение якоря.
Когда проводник перемещается с одной стороны щетки на другую, ток в этом проводнике меняется на противоположный. В то же время он находится под влиянием следующего полюса противоположной полярности. Следовательно, направление силы на проводнике остается тем же .
Следует отметить, что функция коммутатора в двигателе такая же, как в генераторе.Путем изменения тока в каждом проводнике, когда он проходит от одного полюса к другому, это помогает развить непрерывного и однонаправленного крутящего момента .
Видео Анимация
Далее: Обратная ЭДС в двигателе постоянного тока
.