Struktura DC elektromotora. DC motori i njihova primjena

Uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku može se koristiti kao motor ili generator, budući da je dizajn i princip rada motora jednosmerna struja(DPT) je sličan dizajnu generatora. Posebna karakteristika DPT-a je mehanički pretvarač (prekidač). Ovaj komutator ima klizne kontakte u obliku četkica, koje su raspoređene tako da mijenjaju polaritet namotaja armature (namotaja) tokom rotacionog kretanja.

Karakteristike i dizajn DPT-a

DPT je rotirajući električni automobil, koji rade na jednosmernu struju. Ovisno o smjeru toka snage, razlikuje se motor (elektromotor s električnom i mehaničkom snagom) i generator (električni generator koji se napaja električnom energijom). mehanička snaga, kao i struja). DCT-ovi se mogu pokrenuti pod opterećenjem i njihova brzina se može lako promijeniti. U generatorskom modu DPT pretvara AC napon napaja se od rotora u pulsirajuće konstantan pritisak.

Istorija pronalaska

Na osnovu razvoja prvih naponskih ćelija u prvoj polovini 19. veka, prvi elektromehanički pretvarači energije bili su mašine jednosmerne struje. Prvobitni oblik elektromotora razvijen je 1829. godine, a 1832. godine Francuz Hipolit Piksi izgradio je prvi generator. Antonio Pacinoti je napravio DC električni motor sa višekomponentnim komutatorom 1860. godine. Friedrich von Hefner-Alteneck razvio je bubanj sidro 1872. godine, što je otvorilo mogućnost industrijske primjene u oblasti inženjeringa velikih razmjera.

U narednim decenijama takve mašine su, zbog razvoja trofazne naizmenične struje, izgubile na značaju u velikoj mašinogradnji. Sinhrone mašine i sistemi sa nizak nivo usluga asinhroni motor zamijenio ih u mnogim uređajima.

Dizajn motora

Da biste razumjeli kako DBT funkcionira, prvo ga morate proučiti. karakteristike dizajna, od kojih je jedan da je rotirajući provodni krug ugrađen u magnetsko polje trajnog magneta.

Pojednostavljujući ovu strukturu, možemo to reći Motor se sastoji od dvije glavne komponente:

1. Glavni magnet (trajni magnet) koji je pričvršćen za stator. Magnetno polje se također može generirati električnim putem. Stator sadrži takozvane uzbudljive namote (zavojnice).
2. Provodljiva petlja (pojačanje) na jezgru armature, koja se obično sastoji od laminiranih metalnih limova.

Oba dizajna se nazivaju DC motori s vanjskim uzbuđenjem. Elektrodinamički zakon pokazuje da strujna petlja provodnika u magnetskom polju predstavlja silu [F], zavisno od struje [I] i napona magnetsko polje[B]. Provodnik sa strujom okružen je kružnim magnetnim poljem. Ako kombinirate magnetsko polje magnetskog polja s magnetskim poljem provodne petlje, možete pronaći superpoziciju dvaju polja, kao i rezultirajući efekat sile.

Namotaj armature sastoji se od dvije polovice zavojnice. Ako se jednosmjerni napon dovede na dva kraja namota armature, može se zamisliti da pokretni nosioci naboja ulaze u donju polovicu zavojnice iz gornje polovine zavojnice.

Svaki kalem sa strujom razvija svoje magnetsko polje, a magnetsko polje stalnog magneta se superponira na magnetsko polje donje polovine zavojnice i polje gornje polovine zavojnice. Linije konstantnog magnetnog polja su uvijek u istom smjeru, uvijek pokazuju od sjevernog prema južnom polu. Nasuprot tome, polja dvije polovice zavojnice imaju suprotne smjerove.

Na lijevoj strani poljske polovine zavojnice, linije polja pobudnog polja i polja zavojnice imaju isti smjer. Zbog ovog efekta sile u suprotan smjer na donjem i gornjem kraju armature stvara se moment koji uzrokuje rotacijsko kretanje armature.

Sidro je takozvano I-beam sidro. Ovaj dizajn je dobio ime zbog svog oblika koji podsjeća na dva spoja "T". Zavojnice armature su spojene na komutatorske (kolektorske) ploče. Struja dovoda do namotaja armature obično se vrši preko ugljenih četkica, koje osiguravaju klizni kontakt sa rotirajućim komutatorom i dovode struju do zavojnica. Četke su napravljene od samopodmazujućeg grafita, delimično pomešanog sa bakrenim prahom za male motore.

Princip rada i upotreba

Ovaj uređaj je električna mašina koja pretvara električnu energiju u mehaničku energiju. Princip rada DC motora je da kad god se provodnik koji nosi struja stavi u magnetsko polje, doživljava mehaničku silu.

Trajni magnet pretvara električnu energiju u mehaničku kroz interakciju dva magnetna polja. Jedno polje je stvoreno sklopom trajnih magneta, a drugo električnom strujom koja teče u namotajima motora. Ova dva polja rezultiraju obrtnim momentom koji teži rotaciji rotora. Kako se rotor rotira, struja u namotajima se mijenja, osiguravajući kontinuirani izlazni moment.

Komutator se sastoji od vodljivih segmenata (šipki) od bakra, koji su završetak pojedinačnih namotaja žice raspoređenih oko armature. Druga polovina mehaničkog prekidača opremljena je četkama. Ove četke obično ostaju nepokretne s kućištem motora.

Kako ideš električna energija Kroz četke i spojeve stvara se torzijska sila u obliku reakcije između polja motora i armature, što uzrokuje rotaciju armature motora. Kada se armatura okrene, četke se prebacuju na susjedne trake na komutatoru. Ovo djelovanje prenosi električnu energiju na susjedni namotaj i armaturu.

Kretanje magnetnog polja se postiže prebacivanjem struje između zavojnica unutar motora. Ova akcija se zove komutacija. Mnogi motori imaju ugrađenu komutaciju. To znači da kako se motor rotira, mehaničke četke automatski prebacuju zavojnice na rotoru.

Podešavanje brzine

DPT se može lako podesiti. Brzina se može mijenjati korištenjem sljedećih varijabli:

Najjednostavniji način kontrole brzine rotacije je kontrola pogonskog napona. Što je napon veći, to je veća brzina koju motor pokušava postići. U mnogim aplikacijama, jednostavna regulacija napona može rezultirati velikim gubicima snage u upravljačkom krugu, tako da je modulacija širine impulsa široko korištena tehnika.

Uglavnom sa modulacija širine impulsa radna snaga se uključuje i isključuje radi modulacije struje. Odnos vremena uključivanja i vremena isključenja određuje brzinu motora.

Motor sa vanjskim uzbuđenjem je lako kontrolirati jer se struje kroz namotaje armature i statora mogu kontrolirati odvojeno. Stoga ovakvi motori imaju određen značaj, posebno u oblasti visokodinamičnih pogonskih sistema, na primer za pogon alatnih mašina sa preciznom kontrolom brzine i obrtnog momenta.

Moderna aplikacija

DBT se koristi u raznim poljima.

On je važan element u raznim proizvodima:

1. igračke;
2. servomehanički uređaji;
3. aktuatori ventila;
4. roboti;
5. automobilska elektronika.

Visokokvalitetni svakodnevni predmeti (kuhinjski aparati) koriste servo motor poznat kao univerzalni motor. Ovi univerzalni motori su tipični DC motori u kojima su stacionarni i rotirajući namotaji serijski žičani.

Nakon prethodnog posta o motoru s reduktorom, dobio sam nekoliko pitanja o regulaciji DC motora. Dakle, vrijeme je da napišete još jedan post :)

Motor jednosmjerne struje (DC motor) je jedan od najpoznatijih i najrazumljivijih elektromotora, proučava se još u školi, na fizici. Koristi se gotovo svugdje gdje je potreban motor male veličine, a također se ne žuri da izgubi svoju poziciju čak i tamo gdje se snaga mjeri u desetinama kilovata. Hajde da pričamo o njemu.

▌ Dizajn i osnovni princip
Ovdje neću ulaziti previše u detalje, pokazaću vam sliku sa Wikipedije i naznačiti niz glavnih komponenti. Sve ostalo već znate i dodirnuli ste svojim rukama.

1. Stator se sastoji od izvora magnetnog polja. Ovo nije uvijek trajni magnet; štoviše, trajni magnet je prije izuzetak nego pravilo. Obično je ovo pobudni namotaj. By najmanje na svemu što je veće od šake.

2. Armatura se sastoji od namotaja armature i kolektorske jedinice.

Sve funkcionira vrlo, vrlo jednostavno. Namotaj armature se odbija od magnetskog polja statora amperovom silom i pravi pola okretaja pokušavajući ovu silu dovesti na nulu i izveo bi je da nije kolektor, koji sve pametno prekida, mijenja polaritet zavojnice i sila ponovo postaje maksimalna. I tako u krug. One. kolektor služi kao mehanički pretvarač napona u armaturi. Zapamtite ovaj trenutak, bit će nam od koristi kasnije :)

Obično u malim motorima postoje samo dva pola namotaja polja (jedan par) i trokraka armatura. Tri zuba je minimum za startovanje iz bilo koje pozicije, ali što je više zubaca, to se namotaj efikasnije koristi, to su struje niže i obrtni moment blaži, jer je sila projekcija na ugao, a aktivni presek namotaj se rotira na manji ugao

▌ Procesi koji se odvijaju u motoru
Mislim da su mnogi od vas koji su se bavili motorima možda primijetili da imaju izraženu startnu struju, kada motor u startu može trzati iglu ampermetra, na primjer, do ampera, a nakon ubrzanja struja pada na nekih 200 mA .

Zašto se ovo dešava? Ovako radi povratna emf. Kada je motor zaustavljen, struja koja može proći kroz njega ovisi samo o dva parametra - naponu napajanja i otporu namota armature. Tako je lako saznati maksimalnu struju koju motor može razviti i za koju treba izračunati krug. Dovoljno je izmjeriti otpor namotaja motora i podijeliti napon napajanja s ovom vrijednošću. Jednostavno po Ohmovom zakonu. Ovo će biti maksimalna početna struja.

Ali kako se ubrzava, počinje smiješna stvar: namotaj armature se kreće preko magnetskog polja statora i u njemu se inducira EMF, kao u generatoru, ali je usmjeren suprotno od onog koji rotira motor. I kao rezultat toga, struja kroz armaturu naglo se smanjuje, što je više, to je veća brzina.

A ako se motor usput dodatno zategne, tada će povratna emf biti veća od opskrbe i motor će početi pumpati energiju u sustav, postajući generator.

▌ Nekoliko formula
Neću nikoga opterećivati ​​zaključcima, sami ćete ih pronaći ako želite. Da bude manje zbunjujuće, preporučujem da pronađete udžbenik o električnim pogonima za učenike srednje veličine. obrazovne institucije a godina proizvodnje je starija. To je iz 50-ih-60-ih :) Ima starinskih slika i slikanih za jučerašnjeg maturanta seoske sedmogodišnje škole. Puno pisama i nema topova, sve je jasno i precizno.

Najvažnija formula za brušeni DC motor je:

U = E + I i *R i

• U - napon koji se dovodi do armature
• R i je otpor sidrenog lanca. Obično se ovim simbolom smatra samo otpor namotaja, iako možete objesiti otpornik s vanjske strane i on će mu se dodati. Zatim to zapisuju kao (R i + R d)
• I I je struja u kolu armature. Isti onaj koji se mjeri ampermetrom kada se pokušava izmjeriti potrošnja motora :)
• E je povratna emf ili emf generatora, u generatorskom modu. Zavisi od dizajna motora, brzine i opisuje se ovom jednostavnom formulom

E = C e * F * n

• C e je jedna od konstanti dizajna. Oni ovise o dizajnu motora, broju polova, broju zavoja i debljini razmaka između armature i statora. Nama zapravo ne treba, po želji se može eksperimentalno izračunati. Glavna stvar je da je konstanta i da ne utiče na oblik krivina :)
• F je fluks pobude. One. jačina magnetnog polja statora. U malim motorima, gdje je postavljen stalnim magnetom, to je također konstanta. Ali ponekad se za pobudu izvede poseban namotaj i tada ga možemo promijeniti.
• n - okretaji armature.

Pa, ovisnost momenta o struji i protoku:

M = C m * I i * F

C m je konstruktivna konstanta.

Ovdje je vrijedno napomenuti da je ovisnost momenta o struji potpuno direktna. One. Jednostavnim mjerenjem struje, uz konstantan fluks pobude, možemo precizno odrediti veličinu momenta. Ovo može biti važno, na primjer, da se ne pokvari pogon, kada motor može razviti takvu silu da lako može slomiti ono što tamo rotira. Pogotovo sa mjenjačem.

Pa, iz ovoga proizlazi da obrtni moment DC mašine zavisi samo od sposobnosti izvora da ga snabdeva strujom. Dakle, idealan neuništivi supravodljivi motor će vas vezati u čvorove, čak i ako je mali kao nokat. Samo dajte energiju.

Sada pomiješamo sve zajedno i dobijemo ovisnost broja okretaja o okretnom momentu - mehaničku karakteristiku motora.

Ako ga napravite, to će biti otprilike ovako:

n 0 je idealna brzina praznog hoda sfernog motora u vakuumu. One. kada se naš motor konačno smrzava, trenutak jednaka nuli. Trenutna potrošnja je, naravno, nula. Jer povratna emf je jednaka naponu. Čisto teoretska opcija. A druga tačka je konstruisana sa nekim momentom na osovini. Ispostavilo se da postoji direktna veza između brzine i obrtnog momenta. A nagib karakteristike određen je otporom lanca armature. Ako tamo nema dodatnih otpornika, to se zove prirodna karakteristika.

Idealna brzina u praznom hodu ovisi o naponu i protoku. Ništa drugo. A ako je fluks konstantan (trajni magnet), onda samo od napona. Smanjenjem napona, cijela naša karakteristika se paralelno pomiče naniže. Smanjen napon za pola - brzina je pala za pola.

Ako je moguće promijeniti protok pobude, tada možete povećati brzinu iznad nominalne. Ovdje je odnos obrnut. Slabimo protok - motor ubrzava, ali ili opada obrtni moment, ili treba trošiti više struje.

Drugi motor sa uklonjenom pobudom može doći u nered. Sjećam se da sam išao na dugi kurs elektro pogona, ko zna koliko nakon sesije. Morao sam da ga razbijem, da :) Pa, sjedio sam u laboratoriji i čekao nastavnika. I bilo je nekih glupana, kurs niže, koji su napravili laboratoriju. Okrenuli su motor u praznom hodu, a uzbuda je bila pričvršćena za postolje na šmrkovima i odletjela s terminala. Motor se pokvario. U našoj laboratoriji u EPA SUSU sve je bilo ozbiljno, mašine ozbiljne, po deset kilovata i po stotinjak kg. Sve je na jakom naponu od 380 volti.
Generalno, kada je ova budala urlala kao čudovište i počela da se trga sa svojih nosača, sve što sam imao vremena da viknem bilo je da izađem dođavola iz auta, okreni ga dođavola. Prije nego što smo imali vremena, motor je otrgnut iz nosača, namoti su izletjeli iz žljebova i motor je pretrpio oštećenja. Ok, niko nije povređen.
Međutim, pogonske laboratorije su i dalje bile zabava. Tamo smo imali požare i eksplozije. Tamo sam stekao izvanredne vještine da popravim bilo šta, sa bilo čim, za kratko vrijeme. U prosjeku su svi jednom uspjeli potpuno ubiti postolje, a laboratorija je često počinjala s popravkom lemilice, kojom je popravljen osciloskop, uz pomoć kojeg je mrtvo postolje reanimirano.

Dodavanjem otpornika u armaturno kolo možemo povećati nagib, tj. Što više učitavamo, to više pada brzina.


Metoda je loša jer otpornici u krugu armature moraju biti ocijenjeni za struju motora, tj. biti moćan i uzalud će se zagrijati. Pa, trenutak naglo pada, što je loše.

Postoje i motori koji nisu nezavisni, ali sekvencijalno pobuđivanje. Ovo je kada je namotaj statora povezan u seriju sa armaturom. Ne može se svaki motor uključiti na ovaj način; namotaj polja mora izdržati struju armature. Ali imaju jednu zanimljivu imovinu. Prilikom pokretanja javlja se velika startna struja i ova početna struja je ujedno i struja pobude, pružajući ogroman startni moment. Mehanička karakteristika podsjeća na hiperbolu s maksimumom u području nula okretaja.

A onda, kako ubrzavate, obrtni moment opada, a brzina se, naprotiv, povećava. A ako se opterećenje ukloni sa osovine, motor odmah prelazi u overdrive. Takvi motori se uglavnom ugrađuju na pogon promaje. Barem su ga instalirali prije, prije razvoja energetska elektronika. Ovo sranje toliko eksplodira sa svog mjesta da svi ulični ubici nervozno svijetle.

▌ Načini rada DC motora
Smjer rotacije motora ovisi o smjeru struje armature ili smjeru toka pobude. Dakle, ako uzmete komutatorski motor i spojite pobudni namotaj paralelno s armaturom, tada će se savršeno rotirati na izmjeničnu struju (univerzalni motori, često se ugrađuju u kuhinjske uređaje). Jer struja će se istovremeno mijenjati i u armaturi i u pobudi. Trenutak će zaista biti pulsirajući, ali to su sitnice. A da biste ga obrnuli, morat ćete promijeniti polaritet armature ili pobude.

Ako nacrtamo mehaničku karakteristiku u četiri kvadranta, imat ćemo nešto slično ovome:

Na primjer, karakteristika 1 u dijelu I, naš auto radi kao motor. Opterećenje se povećava i u određenom trenutku motor staje i počinje da se okreće u suprotnom smeru, tj. opterećenje to preokreće. Ovo je režim kočenja, anti-inhibicija. Režim je veoma težak, motor se jednostavno brutalno zagreva, ali je veoma efikasan za kočenje. Ako moment na osovini promijeni smjer i počne se okretati prema motoru, tada će motor odmah preći u generaciju (odjeljak IV).

Karakteristika 2 je ista, samo sa obrnuti polaritet napon napajanja motora.

A karakteristika 3 je dinamičko kočenje. To je reostat. One. kada uzmemo i jednostavno kratko spojimo naš motor na otpornik ili na sebe. Možete ga sami provjeriti, uzeti bilo koji motor i zavrtiti ga, a zatim kratko spojiti njegovu armaturu i ponovo ga zavrteti. Bit će primjetna sila na osovini, što je kvalitetniji motor.

Usput, vozači motora poput L293 ili L297 imaju mogućnost uključivanja reostatskog kočenja okretanjem oba ključa gore ili dolje. U ovom slučaju, armatura kratko spoji drajver na uzemljenje ili strujnu sabirnicu.

▌ DC motori bez četkica
Motor kolektora je veoma dobar. Prokleto je lako i fleksibilno za podešavanje. Možete povećati brzinu, smanjiti je, mehaničke karakteristike su teške, drži obrtni momenat sa praskom. Zavisnost je direktna. Pa, to je bajka, a ne motor. Da nije bilo jedne kašičice govana u svoj ovoj poslastici - kolekcionar.

Ovo je složena, skupa i vrlo nepouzdana jedinica. Varni, stvara smetnje i začepljuje se provodljivom prašinom iz četkica. I kada teško opterećenje može da planu, formirajući kružnu vatru i to je to, motor je sjeban. Sve će čvrsto spojiti.

Ali šta je uopšte kolekcionar? Zašto je on potreban? Gore sam rekao da je kolektor mehanički pretvarač. Njegov zadatak je prebacivanje napona armature naprijed-nazad, izlažući namotaj strujanju.

Ali već je 21. vek i jeftini i moćni poluprovodnici su sada na svakom koraku. Pa zašto nam je potreban mehanički pretvarač ako ga možemo napraviti elektronskim? Tako je, nema potrebe! Dakle, uzimamo i zamjenjujemo kolektor prekidačima za napajanje, a dodajemo i senzore položaja rotora kako bismo znali u kojem trenutku treba prebaciti namote.

A radi veće udobnosti, okrećemo motor naopačke - mnogo je lakše rotirati magnet ili jednostavan namotaj pobude nego armaturu sa svim ovim smećem na brodu. Rotor je ovdje ili snažan trajni magnet ili namotaj koji se pokreće kliznim prstenovima. Koji je, iako izgleda kao kolekcionar, daleko pouzdaniji od njega.

I šta dobijamo? Tačno! DC motor bez četkica aka BLDC. Sve iste slatke i zgodne karakteristike DPT-a, ali bez ovog gadnog kolektora. I nemojte brkati BLDC sa sinhronim motorima. Ovo su potpuno različiti automobili i različiti principi akcije i kontrole, iako su strukturno VEOMA slične i isti sinhronizator može lako raditi kao BLDC, dodati mu samo senzore i kontrolni sistem. Ali to je sasvim druga priča.

U onim pogonima gdje je potrebno širok raspon Kontrola brzine koristi električni DC motor. To vam omogućava visoka tačnost održavajte brzinu rotacije i izvršite potrebna podešavanja.

Projektovanje DC elektromotora

Rad ovog tipa motora se zasniva na. Ako se vodič kroz koji teče električna struja stavi u magnetsko polje, tada će, prema , na njega djelovati određena sila.

Kada provodnik prijeđe magnetne linije sile, u njemu se inducira elektromotorna sila usmjerena u smjeru suprotnom kretanju struje. Kao rezultat, dolazi do suprotne reakcije. Transformacija se dešava električna energija u mehanički uz istovremeno zagrijavanje provodnika.

Cijela struktura uređaja sastoji se od armature i induktora, između kojih postoji zračni jaz. Induktor stvara stacionarno magnetno polje i uključuje glavne i dodatne polove, pričvršćene za okvir. Namotaji polja nalaze se na glavnim polovima i stvaraju magnetsko polje. Dodatni polovi sadrže poseban namotaj koji poboljšava uslove uključivanja.

Armatura uključuje magnetni sistem. Njegovi glavni elementi su radni namotaj, postavljen u žljebove, odvojeni metalni limovi i kolektor, uz pomoć kojih se jednosmjerna struja dovodi do radnog namota.

Kolektor je izrađen u obliku cilindra i montiran je na osovinu elektromotora. Krajevi namota armature su zalemljeni na njegove izbočine. Električna struja se uklanja iz komutatora pomoću četkica postavljenih u posebne držače i fiksiranih u određenom položaju.

Osnovni procesi: pokretanje i kočenje

Svaki DC motor obavlja dva glavna procesa: pokretanje i kočenje. Na samom početku pokretanja, armatura miruje, napon i sila nasuprot emf jednaki su nuli. Uz zanemariv otpor armature, vrijednost startna struja premašuje nominalnu vrijednost za otprilike 10 puta. Kako bi se izbjeglo pregrijavanje namotaja armature prilikom pokretanja, koriste se posebni startni reostati. Sa snagom motora do 1 kilovata, vrši se direktno pokretanje.

DC motori koriste nekoliko metoda kočenja. Prilikom dinamičkog kočenja, namotaj armature je kratko spojen ili uz pomoć otpornika. Ova metoda pruža najpreciznije zaustavljanje. Regenerativno kočenje je najekonomičnije. Ovdje se smjer EMF-a mijenja u suprotan.

Kočenje povratnim prebacivanjem vrši se promjenom polariteta struje i napona u namotaju armature, što vam omogućava stvaranje efektivnog kočnog momenta.

Kako radi DC motor?

Tema našeg današnjeg članka je princip rada DC elektromotora. Ako posjetite našu web stranicu, vjerojatno već znate da smo odlučili potpunije obraditi ovu temu i postupno ispitujemo sve vrste elektromotora i električnih generatora.

Jednosmjerna struja je poznata čovječanstvu oko 200 godina, nešto kasnije su je naučili efikasno koristiti, ali danas je teško zamisliti ljudsku aktivnost u kojoj se energija ne koristi. Evolucija elektromotora odvijala se na približno isti način.

Brzi razvoj elektrotehnike nije prestao od rođenja ovog pravca u fizici. Prvi razvoji vezani za elektromotore djelo su mnogih naučnika 20-ih godina 19. stoljeća. Pronalazači svih vrsta pokušali su da naprave mehaničke mašine sposobne da pretvore električnu energiju u kinetičku.

• Od posebnog značaja su studije M. Faradaya, koji je 1821. godine, vršeći eksperimente o interakciji struje i različitih provodnika, otkrio da se provodnik može rotirati unutar magnetskog polja, kao što magnet može da rotira oko provodnika.
• Druga faza razvoja trajala je duže od 1830-ih do 1860-ih. Sada kada su čovjeku bili poznati osnovni principi konverzije energije, pokušao je stvoriti najefikasniji dizajn motora s rotirajućom armaturom.
• Godine 1833. američki pronalazač i kovač na pola radnog vremena Thomas Davenport uspio je da napravi prvi rotacioni motor koji radi na jednosmernu struju i konstruiše model voza koji je njime pokretan. 4 godine kasnije dobio je patent za svoju električnu mašinu.

• Godine 1834. Boris Semenovič Jakobi, rusko-njemački fizičar i pronalazač, stvorio je prvi na svijetu elektromotor jednosmjerne struje, u koji je uspio implementirati osnovni princip rada takvih mašina, koji se i danas koristi - sa stalno rotirajućim dio.
• Godine 1838, 13. septembra, uz Nevu je porinut pravi čamac sa 12 putnika - tako su se odvijala terenska ispitivanja Jacobijevog motora. Čamac se kretao brzinom od 3 km/h protiv struje. Pogon motora bio je povezan sa lopaticama sa strane, kao na parobrodima tog vremena. Električna struja se napajala jedinicom iz baterije koja sadrži 320 galvanskih ćelija.

Rezultat testiranja bila je mogućnost formiranja osnovnih principa dalji razvoj elektromotori:

• Prvo, postalo je jasno da proširenje opsega njihove primjene direktno ovisi o smanjenju troškova metoda za proizvodnju električne energije - bio je potreban pouzdan i jeftin generator, a ne galvanske baterije koje su u to vrijeme bile skupe.
• Drugo, bilo je potrebno stvoriti prilično kompaktne motore koji bi, međutim, imali visoku efikasnost.
• I treće– prednosti motora sa rotirajućim nepolarnim armaturama, sa konstantnim obrtnim momentom, bile su očigledne.

Zatim dolazi treća faza razvoja elektromotora, koja je obilježena otkrićem fenomena samopobude motora. električna struja, nakon čega je formiran princip reverzibilnosti takvih mašina, odnosno motor može biti generator, i obrnuto. Sada, kako bi napajali motor, počeli su koristiti jeftine generatore struje, što se, u principu, radi i danas.

Zanimljivo je znati! Bilo koji električna mreža priključen na elektranu koja proizvodi struju. Sama stanica je, u stvari, skup snažnih generatora na pogon Različiti putevi: riječni tok, energija vjetra, nuklearne reakcije, itd. Izuzetak su, možda, fotoćelije na solarni pogon, ali ovo je druga, draga priča koja još nije našla dovoljnu distribuciju.

Pogled moderan dizajn Elektromotor sam kupio davne 1886. godine, nakon čega su na njemu izvršene samo modifikacije i poboljšanja.

Osnovni principi rada

Svaki elektromotor temelji se na principu magnetskog privlačenja i odbijanja. Kao eksperiment, možete provesti ovaj jednostavan eksperiment.

• Unutar magnetnog polja kroz koje se mora proći električna struja mora se postaviti provodnik.
• Da biste to učinili, najpogodnije je koristiti magnet u obliku potkovice i a bakrene žice spojen na krajevima na bateriju.
• Kao rezultat eksperimenta, vidjet ćete da će žica biti gurnuta iz područja djelovanja trajnog magneta. Zašto se ovo dešava?
• Činjenica je da kada struja prolazi kroz vodič, oko potonjeg se stvara elektromagnetno polje, koje stupa u interakciju s postojećim iz stalnog magneta. Kao rezultat ove interakcije, vidimo mehaničko kretanje provodnika.
• Detaljnije, to izgleda ovako. Kada kružno polje vodiča stupi u interakciju s konstantom iz magneta, jačina magnetskog polja s jedne strane raste, a s druge opada, zbog čega se žica gura iz područja djelovanja magneta na ugao od 90 stepeni.

• Smjer u kojem će provodnik biti gurnut može se odrediti pravilom lijeve strane, koje vrijedi samo za elektromotore. Pravilo je sledeće - lijeva ruka trebate ga postaviti u magnetsko polje tako da njegove linije sile ulaze u njega sa dlana, a 4 prsta su usmjerena u smjeru kretanja pozitivnih naboja, tada će palac pomaknut u stranu pokazati smjer pokretačke sile djelujući na dirigenta.

Ove jednostavnih principa DC motori se i danas koriste. Međutim, u modernim jedinicama, umjesto trajnih magneta, koriste se električni magneti, a okviri su zamijenjeni složenim sistemima namotaja.

Struktura motora

Pogledajmo sada bliže kako radi DC motor, koje dijelove sadrži i kako oni međusobno djeluju.

Nastavak teorije

Možete jednostavno konstruirati jednostavan DC motor vlastitim rukama. Upute su sljedeće: dovoljno je napraviti pravokutni okvir od vodiča, koji može rotirati oko središnje ose.

• Okvir se postavlja u magnetsko polje, nakon čega se na njegove krajeve primjenjuje konstantan napon iz iste baterije.
• Dakle, čim struja počne da teče kroz okvir, ona počinje da se kreće dok ne preuzme horizontalni položaj, naziva se neutralnim ili "mrtvim", kada je efekat polja na provodnik nula.
• U teoriji, okvir bi trebao stati, ali to se neće dogoditi, jer će po inerciji proći "mrtvu" tačku, što znači da će elektromotorne sile ponovo početi rasti. Ali zbog činjenice da struja sada teče u suprotnom smjeru u odnosu na magnetsko polje, primijetit će se snažan efekat kočenja, koji je neuporediv sa normalan rad motor.
• Da bi se proces normalno odvijao, potrebno je obezbijediti takav dizajn za spajanje okvira na napajanje, u kojem će se u trenutku prolaska struje kroz nultu tačku polovi prebaciti, što znači da u odnosu na magnetnog polja, struja će teći u istom smjeru.

Takav uređaj koristi kolektor koji se sastoji od izoliranih ploča, ali razgovarajmo o tome malo kasnije.

Kao alternativu, možete napraviti okvir kao što je prikazano na gornjoj fotografiji. Njegova razlika je u tome što struja teče u istom smjeru duž dvije konture okvira, što omogućava da se riješi komutatora, ali je takav elektromotor izuzetno neefikasan zbog konstantno djelujućih sila kočenja.

Nakon što ste primili rotaciju rotora, na njega možete pričvrstiti pogon i dati opterećenje usporedivo sa snagom motora, čime ćete dobiti radni model.

Struktura DC elektromotora

Dakle, prijeđimo na strukturu motora:

• Stator ili induktor– stacionarni dio motora, koji je dio koji stvara konstantno elektromagnetno polje. Stator se sastoji od jezgre od tankog čeličnog lima (dio je sastavljen od ploča određenog profila prave veličine) i namotaja.

• Namotaj se uklapa u žljebove jezgre na određen način, formirajući glavne i dodatne magnetne polove, naravno, kada su priključeni na mrežu.
• Namotaj polja se nalazi na glavnim polovima, dok na dodatnim služi za poboljšanje komutacije - povećava efikasnost motora i njegovu efikasnost.

• Rotor motora, koji je ovdje sidro, također ima sličnu strukturu, ali ono što ga razlikuje je prije svega ovo i ono ovaj čvor motor je pomičan. To je ono što zamjenjuje rotirajući okvir iz gore navedenih primjera.
• Okreti namotaja armature izolovani jedan od drugog i spojeni na kontaktne ploče kolektora, preko kojih se napaja struja.
• Svi dijelovi rotora su pričvršćeni na metalnu osovinu, što je centralna os rotacije motora. Na njega je povezan pogon koji prenosi obrtni moment na vanjske mehanizme.

• Kolekcionar(prugasti cilindar montiran na osovinu) se na napajanje spaja preko četkica koje su najčešće od grafita. Generalno, struktura komutatora je takva da su kontaktne ploče također izolirane, što omogućava efikasnu promjenu smjera struje u krugu kako bi se izbjeglo kočenje motorom.
• Same četke imaju klizni kontakt sa komutatorskim pločama i drže se u jednom položaju pomoću držača četkica. Opruge pomažu u održavanju stalne kontaktne napetosti (a znamo da se četke troše i postaju tanje).

• Četke povezane bakarne žice sa napajanjem. Onda počinje eksterno kolo napajanje i upravljanje, o čemu ćemo govoriti nešto kasnije.

• Nakon komutatora na osovini nalazi se kotrljajući ležaj, osiguravajući glatku rotaciju. Na vrhu je zaštićen posebnim polimernim prstenom koji ga štiti od prašine.

Savjet! Jedan od česti kvarovi elektromotora, kvar ležaja. Ako na vrijeme ne zamijenite ovaj mali strukturni element, lako možete spaliti cijeli motor.

• WITH poleđina namotaja, na istoj osovini, nalazi se radno kolo, protok vazduha iz kojeg efikasno hladi motor.
• Pogon je obično pričvršćen uz impeler, koji se razlikuju po parametrima, ovisno o namjeni jedinice u koju je ugrađen DC motor.

U suštini, to je sve. Kao što vidite, dizajn je prilično jednostavan i, što je najvažnije, vrlo efikasan.

Karakteristike komutatorskih motora

Općenito, komutatorski motor je zaista dobar uređaj. Takve jedinice se lako podešavaju. Povećanje ili smanjenje brzine nije problem. Lako je dati jasan obrtni moment ili krutu mehaničku karakteristiku.

Međutim, uprkos broju neosporne prednosti, motor ima povećana složenost montaža, u odnosu na AC motore sa samouzbudljivim rotorom ili druge jedinice bez četkica, kao i manju pouzdanost. A cijeli problem leži upravo u ovom kolektoru.

• Ova jedinica je prilično skupa, a cijena njenog popravka je ponekad usporediva s novim dijelom, ako je restauracija uopće moguća.
• Začepljuje se tokom rada provodljivom prašinom, što s vremenom može uzrokovati kvar cijelog motora.
• Kolektor varniči stvarajući smetnje, a pod velikim opterećenjem može čak i planuti, stvarajući kružnu vatru. U tom slučaju doći će do kratkog spoja zbog luka, što je nespojivo sa vijekom trajanja motora.

Već smo rekli da je njegov zadatak promijeniti smjer struje u zavojima namotaja, a sada želimo detaljnije ispitati pitanje.

• Dakle, u suštini, ovaj dio Rotor služi kao ispravljač struje, tj naizmjenična struja prolazeći kroz njega postaje konstantan, što vrijedi za generatore, ili mijenja smjer struje ako mi pričamo o tome o motorima.
• U slučaju gore razmatranog primjera s okvirom koji se rotira u magnetskom polju, bio je potreban kolektor koji se sastoji od dva izolirana poluprstena.
• Krajevi okvira su spojeni na različite poluprstenove, što sprečava kratki spoj.
• Kao što se sjećamo, komutator je u kontaktu sa četkicama, koje su postavljene tako da ne dodiruju jedni druge u isto vrijeme i mijenjaju poluprstenove kada okvir prijeđe nultu tačku.

Sve je krajnje jednostavno, ali takvi motori i generatori zbog svog dizajna ne mogu imati normalnu snagu. Kao rezultat toga, počeli su praviti armaturu s mnogo zavoja tako da su aktivni provodnici uvijek bili što bliže polovima magneta, jer, sjećajući se zakona elektromagnetna indukcija, postaje jasno da je ova pozicija najefikasnija.

Budući da se broj zavoja povećava, to znači da kolektor treba podijeliti na veći broj dijelova, što je zapravo razlog složenosti izrade i visoke cijene ovog elementa.

Alternativa brušenom motoru

Doba poluvodiča dugo je vladala u elektronici, što omogućava proizvodnju pouzdanih i kompaktnih mikro krugova. Pa zašto još uvijek koristimo brušene motore? Ali stvarno?

• Inženjeri također nisu ostavili problem neprimijećenim. Kao rezultat toga, kolektor je zamijenjen tipke za napajanje, dodatno, dizajn sada uključuje senzore koji bilježe trenutni položaj rotora tako da sistem automatski određuje trenutak u kojem se namotaj uključuje.
• Kao što se sjećamo, nije bitno da li se magnet pomiče u odnosu na provodnik ili se to događa obrnuto. Dakle, stator postaje armatura, a na rotoru se nalazi trajni magnet ili jednostavan namotaj povezan na struju preko kontaktnih prstenova, koji je mnogo lakše rotirati unutar konstrukcije.

• Struktura kliznih prstenova donekle podsjeća na komutator, ali su mnogo pouzdaniji i lakši za proizvodnju u proizvodnim uvjetima.

Na kraju se ispostavilo novi tip motor, odnosno DC motor bez četkica aka BLDC. Uređaj ima iste prednosti kao i komutatorski motor, ali smo se riješili dosadnog komutatora.

Međutim, takvi motori se koriste samo u skupim uređajima, dok će jednostavna oprema, poput sokovnika ili iste bušilice, biti isplativija za proizvodnju ako se na njih ugrade klasični modeli komutatorskih motora.

Kontrola DC motora

Dakle, kao što ste već shvatili, osnovni princip rada DC motora je invertiranje smjera struje u krugu armature, inače bi došlo do kočenja, što bi dovelo do zaustavljanja motora. Dakle, motor se okreće u jednom smjeru, ali ovaj način rada nije jedini i motor se može natjerati da se okreće u suprotnom smjeru.

Da biste to učinili, dovoljno je promijeniti smjer struje u uzbudljivom namotu ili zamijeniti četke kroz koje se napajanje dovodi do namotaja rotora.

Savjet! Ako obavite obje ove manipulacije u isto vrijeme, tada se ništa neće dogoditi motoru, i nastavit će se okretati u istom smjeru kao i prije.

Međutim, to nisu sve točke koje je potrebno prilagoditi u takvom motoru. Kada trebate jasno kontrolirati brzinu takve jedinice, ili organizirati poseban način rada kontrola brzine, pored prekidača i prekidača, u upravljački krug su uključeni i složeniji elementi.

• Treba uzeti u obzir sljedeće nedostatke: komutatorski motori: nizak obrtni moment pri malim brzinama motora, zbog čega uređaji zahtijevaju mjenjač, ​​što povećava cijenu i složenost dizajna; generacije jake smetnje; Pa, i niska pouzdanost kolektora, o kojoj smo pisali gore.
• Također se uzima u obzir da potrošnja struje i brzina vrtnje osovine također ovise o mehaničkom opterećenju vratila.
• Dakle, glavni parametar koji određuje brzinu rotacije osovine je napon koji se dovodi do namotaja, stoga se, slijedeći logiku, za kontrolu ovog parametra koriste uređaji koji reguliraju izlazni napon.

• Takvi uređaji su podesivi stabilizatori napona. Danas je svrsishodnije koristiti jeftine kompenzacijske integralne stabilizatore, kao što je LM. Upravljački krug s takvim uređajem prikazan je na gornjoj shemi.

• Shema je prilično primitivna, ali izgleda prilično jednostavna, i što je najvažnije, učinkovita i jeftina. Vidimo da je ograničenje izlaznog napona regulirano dodatnim otpornikom označenim kao Rlim, čiji je proračun otpora u specifikaciji. Treba shvatiti da to pogoršava performanse cijelog kola kao stabilizatora.
• Vidimo da su predstavljene dvije varijante šeme, koja će bolje raditi? Opcija “a” proizvodi linearnu karakteristiku za zgodnu regulaciju, što je čini veoma popularnom.
• Opcija “b”, naprotiv, ima nelinearnu karakteristiku. Stvarna razlika će biti primjetna nakon kvara varijabilni otpornik: u prvom slučaju dobijamo maksimalna brzina rotacija, au drugom – naprotiv, minimalna.

Nećemo dalje ulaziti u džunglu, jer je naš članak uglavnom u informativne svrhe. Ispitali smo principe rada DC motora i to je već nešto. Ako vas pitanje zanima, svakako pogledajte sljedeći video. I ovim se opraštamo od vas! Sve najbolje!

Kao što znate, DC elektromotor je uređaj koji, uz pomoć svoja dva glavna strukturna dijela, može pretvoriti električnu energiju u mehaničku energiju. Ovi glavni detalji uključuju:

1. stator - stacionarni/statički dio motora, koji sadrži namotaje polja na koje se napaja;
2. rotor je rotirajući dio motora koji je odgovoran za mehaničku rotaciju.

Osim gore navedenih glavnih dijelova dizajna DC motora, postoje i pomoćni dijelovi, kao što su:

1. stezaljka;
2. stupovi;
3. pobudni namotaj;
4. namotavanje armature;
5. kolektor;
6. četke

Svi ovi dijelovi zajedno čine integralni dizajn DC elektromotora. Sada pogledajmo bliže glavne dijelove elektromotora.

Jaram DC motora, koji je uglavnom napravljen od lijevanog željeza ili čelika, sastavni je dio statora ili statičkog dijela motora. Njegova glavna funkcija je formiranje posebnog zaštitnog premaza za finije unutrašnje dijelove motora, kao i pružanje potpore za namotaje armature. Osim toga, jaram služi zaštitni premaz za magnetne polove i namotaje polja DC motora, čime se pruža podrška za cijeli sistem polja.

Poljaci

Magnetni polovi DC motora su dijelovi kućišta koji su pričvršćeni za unutrašnji zid statora. Konstrukcija magnetnih stubova u osnovi sadrži samo dva dela, i to jezgro pola i stub, koji su međusobno spojeni pod dejstvom hidrauličkog pritiska i pričvršćeni za stator.

Video: Dizajn i montaža DC motora

Bez obzira na to, ova dva dijela služe različitim svrhama. Jezgro pola, na primjer, ima malu površinu poprečnog presjeka i koristi se za držanje polnog dijela na jarmu, dok se stubić, koji ima relativno veliku površinu poprečnog presjeka, koristi za širenje magnetskog fluksa stvorenog preko zračni razmak između statora i rotora za smanjenje otpornosti na magnetne gubitke. Osim toga, stub ima mnogo žljebova za namotaje polja, koji stvaraju magnetni tok polja.

Namotaji polja DC elektromotora izrađeni su od namotaja polja (bakrene žice) namotanih na žljebove polova na način da kada struja polja prolazi kroz namotaj, na susjednim polovima dolazi do suprotnog polariteta. U suštini, namotaji polja djeluju kao vrsta elektromagneta koji može stvoriti pobudni tok unutar kojeg bi se rotor elektromotora rotirao, a zatim ga lako i efikasno zaustavio.

Namotavanje armature

Armaturni namotaj DC motora pričvršćen je na rotor ili rotirajući dio mehanizma i, kao rezultat, podliježe promjenjivom magnetskom polju duž putanje njegove rotacije, što direktno dovodi do gubitaka magnetizacije.

Iz tog razloga, rotor je napravljen od nekoliko električnih čeličnih ploča niske histereze kako bi se smanjili magnetni gubici kao što su gubitak histereze i gubitak vrtložne struje, respektivno. Laminirane čelične ploče su spojene zajedno kako bi se stvorila cilindrična struktura za tijelo armature.

Tijelo armature sastoji se od žljebova (žljebova) izrađenih od istog materijala kao i jezgra, na koje su pričvršćeni namotaji armature i nekoliko zavoja bakrene žice ravnomjerno raspoređenih duž periferije armature. Žljebovi imaju porozne klinaste spojeve kako bi se spriječilo savijanje provodnika zbog velike centrifugalne sile koja se emituje tokom rotacije rotora, kao i u prisustvu struje napajanja i magnetske pobude.

Postoje dvije vrste dizajna namota armature DC motora:

• namotavanje petlje (na u ovom slučaju broj paralelnih strujnih puteva između adaptera (A) jednak je broju polova (P), odnosno A = P.
• talasni namotaj (u ovom slučaju, broj paralelnih strujnih puteva između adaptera (A) je uvek jednak 2, bez obzira na broj polova, odnosno mašina je u skladu sa tim projektovana).

Kolekcionar

Komutator DC elektromotora je cilindrična struktura od bakarnih segmenata spojenih zajedno, ali izolovanih liskunom. Ako govorimo o DPT-u, tada se kolektor ovdje koristi uglavnom kao sredstvo za prebacivanje ili prijenos struje iz mreže preko četkica elektromotora do namotaja armature montiranih u rotirajućoj strukturi.

Četke

Četke DC motora su napravljene od karbonskih ili grafitnih struktura, stvarajući klizni kontakt ili klizač preko rotacionog komutatora. Četke se koriste za prijenos električne struje iz vanjskog kruga u rotirajući oblik komutatora, gdje zatim ide do namotaja armature. Komutator i četke elektromotora se općenito koriste za prijenos električne energije iz statičkog elektriciteta. električni krug na područje sa mehaničkom rotacijom, ili samo rotor.