موتور DC از چه چیزی تشکیل شده است؟ موتور DC برس

ایجاد یک شار مغناطیسی برای تولید گشتاور. سلف باید هر کدام را شامل شود آهنرباهای دائمییا سیم پیچ تحریک. سلف می تواند هم بخشی از روتور و هم از استاتور باشد. در موتور نشان داده شده در شکل. 1، سیستم تحریک از دو آهنربای دائمی تشکیل شده است و بخشی از استاتور است.

انواع موتورهای کموتاتور

با توجه به طراحی استاتور، یک موتور کموتاتور می تواند یکی باشد.

نمودار یک موتور برس خورده با آهنربا دائمی

موتور برس خورده جریان مستقیم(DCSC) با آهنرباهای دائمی رایج ترین در بین CRSC ها است. این موتور شامل آهنرباهای دائمی است که میدان مغناطیسی در استاتور ایجاد می کند. موتورهای کموتاتور DC با آهنرباهای دائمی (CMDC PM) معمولاً در کارهایی که نیاز به توان بالایی ندارند استفاده می شود. تولید موتورهای PM DC ارزانتر از موتورهای کموتاتور با سیم پیچ میدانی است. در این حالت، گشتاور PM DC توسط میدان آهنربای دائمی استاتور محدود می شود. آهنربای دائمی DCDC بسیار سریع به تغییرات ولتاژ واکنش نشان می دهد. به لطف میدان ثابت استاتور، کنترل سرعت موتور آسان است. نقطه ضعف موتور DC آهنربای دائم این است که با گذشت زمان آهنرباها خواص مغناطیسی خود را از دست می دهند و در نتیجه میدان استاتور کاهش می یابد و عملکرد موتور کاهش می یابد.

مزایای:
• بهترین نسبتکیفیت قیمت
• گشتاور بالا در سرعت های پایین
• پاسخ سریع به تغییرات ولتاژ

ایرادات:
• آهنرباهای دائمی در طول زمان و همچنین تحت تأثیر دمای بالاخواص مغناطیسی خود را از دست می دهند

موتور کموتاتور با سیم پیچ میدانی

با توجه به نمودار اتصال سیم پیچ استاتور، الکتروموتورهای کموتاتور با سیم پیچ میدانی به موتورهای زیر تقسیم می شوند:

مدار تحریک مستقل

مدار تحریک موازی

مدار تحریک سری

طرح هیجان مختلط

موتورها مستقلو تحریک موازی

در موتورهای الکتریکی که به طور مستقل برانگیخته می شوند، سیم پیچ میدان به طور الکتریکی به سیم پیچ متصل نیست (شکل بالا). معمولاً ولتاژ تحریک U OB با ولتاژ مدار آرمیچر U متفاوت است. اگر ولتاژها برابر باشند، سیم پیچ تحریک موازی با سیم پیچ آرمیچر متصل می شود. استفاده از تحریک مستقل یا موازی در محرک موتور الکتریکی توسط مدار محرک الکتریکی تعیین می شود. خواص (خصوصیات) این موتورها یکسان است.

در موتورهای تحریک موازی، جریان سیم پیچ میدان (سلف) و آرمیچر مستقل از یکدیگر هستند و جریان کل موتور برابر با مجموع جریان سیم پیچ میدان و جریان آرمیچر است. در طول عملیات عادی، با افزایش ولتاژمنبع تغذیه کل جریان موتور را افزایش می دهد که منجر به افزایش میدان های استاتور و روتور می شود. با افزایش جریان کل موتور، سرعت نیز افزایش یافته و گشتاور کاهش می یابد. هنگامی که موتور بارگیری می شودجریان آرمیچر افزایش می یابد و در نتیجه میدان آرمیچر افزایش می یابد. با افزایش جریان آرمیچر، جریان سلف (سیم پیچ تحریک) کاهش می یابد، در نتیجه میدان سلف کاهش می یابد که منجر به کاهش سرعت موتور و افزایش گشتاور می شود.

مزایای:
• گشتاور تقریبا ثابت در سرعت های پایین
• خواص تنظیم خوب
• بدون از دست دادن مغناطیس در طول زمان (چون آهنرباهای دائمی وجود ندارد)

ایرادات:
• گران تر از KDPT PM
• اگر جریان سلف به صفر برسد، موتور از کنترل خارج می شود

موتور کموتاتورتحریک موازی دارای گشتاور کاهشی در سرعت های بالا و گشتاور زیاد، اما ثابت تر در سرعت های پایین است. بنابراین جریان در سیم پیچ های سلف و آرمیچر به یکدیگر بستگی ندارد جریان کلموتور الکتریکی برابر است با مجموع جریان سلف و آرمیچر. در نتیجه این نوع موتور عملکرد کنترل سرعت عالی دارد. موتور DC برس دار شنت-پیچ معمولاً در کاربردهایی استفاده می شود که به توان بیش از 3 کیلو وات نیاز دارند، به ویژه در برنامه های کاربردی خودروو صنعت. در مقایسه با، یک موتور تحریک موازی با گذشت زمان خواص مغناطیسی خود را از دست نمی دهد و قابل اعتمادتر است. معایب موتور تحریک موازی هزینه بالاتر و امکان خارج شدن موتور از کنترل در صورت کاهش جریان سلف به صفر است که به نوبه خود می تواند منجر به خرابی موتور شود.

در موتورهای الکتریکی سری تحریک شده، سیم پیچ تحریک به صورت سری به سیم پیچ آرمیچر متصل می شود و جریان تحریک برابر با جریان آرمیچر (I in = I a) است که به موتورها خواص ویژه ای می بخشد. در بارهای کوچک، زمانی که جریان آرمیچر کمتر از جریان نامی است (I a < I nom) و سیستم مغناطیسی موتور اشباع نشده است (F ~ I a)، گشتاور الکترومغناطیسی متناسب با مجذور جریان است. سیم پیچ آرمیچر:

• جایی که M –، N∙m،
• c M یک ضریب ثابت است که توسط پارامترهای طراحی موتور تعیین می شود.
• Ф – شار مغناطیسی اصلی، Wb،
• I a – جریان آرمیچر، A.

با افزایش بار، سیستم مغناطیسی موتور اشباع می شود و تناسب بین جریان I a و شار مغناطیسی F نقض می شود. با اشباع قابل توجه، شار مغناطیسی Ф عملا با افزایش Ia افزایش نمی یابد. نمودار وابستگی M=f(I a) در قسمت اولیه (زمانی که سیستم مغناطیسی اشباع نشده باشد) شکل سهمی دارد، سپس با اشباع از سهمی و در ناحیه سنگین منحرف می شود. بارها به یک خط مستقیم تبدیل می شود.

مهم:اتصال موتورهای سری تحریک شده به شبکه در حالت بیکار (بدون بار روی شفت) یا با بار کمتر از 25٪ بار نامی قابل قبول نیست، زیرا در بارهای کم فرکانس چرخش آرمیچر به شدت افزایش می یابد و به مقادیر می رسد. که در آن تخریب مکانیکی موتور امکان پذیر است، بنابراین در درایوها با موتورهای تحریک متوالی، استفاده از درایو تسمه غیرقابل قبول است، اگر شکسته شود، موتور به حالت بیکار می رود. استثنا موتورهای تحریک سری با توان حداکثر 100-200 وات است که می توانند در حالت بیکار کار کنند، زیرا قدرت تلفات مکانیکی و مغناطیسی آنها در سرعت های چرخش بالا متناسب با قدرت نامیموتور

توانایی موتورهای تحریک سری برای ایجاد گشتاور الکترومغناطیسی بزرگ، خواص راه اندازی خوبی را برای آنها فراهم می کند.

موتور برس خورده سری برانگیخته گشتاور بالایی در سرعت های پایین دارد و در زمانی که بار وجود ندارد، سرعت های بالایی را توسعه می دهد. این موتور الکتریکی برای دستگاه هایی که نیاز به ایجاد گشتاور بالا دارند (جرثقیل ها و وینچ ها) ایده آل است، زیرا جریان استاتور و روتور تحت بار افزایش می یابد. برخلاف موتورهای برانگیخته موازی، یک موتور تحریک شده سری ندارد ویژگی های دقیقکنترل سرعت، و در صورت مدار کوتاهسیم پیچ تحریک، ممکن است غیر قابل کنترل شود.

یک موتور تحریک مختلط دارای دو سیم پیچ میدانی است که یکی از آنها به صورت موازی به سیم پیچ آرمیچر و دیگری به صورت سری متصل است. نسبت بین نیروهای مغناطیسی سیم پیچ ها ممکن است متفاوت باشد، اما معمولا یکی از سیم پیچ ها نیروی مغناطیسی بیشتری ایجاد می کند و این سیم پیچ را سیم پیچ اصلی، سیم پیچ دوم را سیم پیچ کمکی می نامند. سیم پیچ های میدان را می توان به صورت هماهنگ و خلاف جریان روشن کرد و بر این اساس شار مغناطیسی از مجموع یا اختلاف نیروهای مغناطیسی سیم پیچ ها ایجاد می شود. اگر سیم پیچ ها بر این اساس متصل شوند، ویژگی های سرعت چنین موتوری بین ویژگی های سرعت موتورهای تحریک موازی و سری قرار می گیرد. اتصال متقابل سیم پیچ ها زمانی استفاده می شود که لازم باشد سرعت چرخش ثابت یا افزایش سرعت چرخش با افزایش بار افزایش یابد. بنابراین، بسته به اینکه کدام یک از سیم پیچ های تحریک نقش اصلی را ایفا می کند، ویژگی های عملکرد یک موتور تحریک مختلط به ویژگی های یک موتور تحریک موازی یا سری نزدیک می شود.

موتور DC قبل از سایر انواع ماشین هایی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند اختراع شد. اگرچه موتورهای AC بعداً به پرکاربردترین موتورها تبدیل شدند، اما کاربردهایی وجود دارد که جایگزینی برای موتورهای DC وجود ندارد.

موتور AC و DC

تاریخچه اختراع

موتور برق ژاکوبی.

برای درک اصل عملکرد موتورهای الکتریکی جریان مستقیم (DCM)، به تاریخچه ایجاد آن می پردازیم. بنابراین، اولین شواهد تجربی مبنی بر تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی توسط مایکل فارادی نشان داده شد. در سال 1821، او آزمایشی را با یک رسانا انجام داد که در ظرفی پر از جیوه، که در پایین آن یک آهنربای دائمی وجود داشت، فرو رفته بود. پس از اعمال الکتریسیته به هادی، شروع به چرخش در اطراف آهنربا کرد و واکنش خود را به میدان مغناطیسی موجود در ظرف نشان داد. آزمایش فارادی پیدا نکرد کاربرد عملی، اما امکان ایجاد ماشین های الکتریکی را ثابت کرد و باعث توسعه الکترومکانیک شد.

اولین موتور الکتریکی DC که بر اساس اصل چرخش قسمت متحرک (روتور) بود توسط فیزیکدان مکانیک روسی بوریس سمنوویچ ژاکوبی در سال 1834 ساخته شد. این دستگاه به صورت زیر عمل می کرد:

اصل توصیف شده در موتوری که ژاکوبی در سال 1839 روی قایق حامل 12 مسافر نصب کرد استفاده شد. کشتی با سرعت 3 کیلومتر در ساعت بر خلاف جریان حرکت کرد (طبق منابع دیگر - 4.5 کیلومتر در ساعت)، اما با موفقیت از رودخانه عبور کرد و مسافران را به ساحل فرود آورد. یک باتری با 320 سلول گالوانیکی به عنوان منبع تغذیه مورد استفاده قرار گرفت و حرکت با استفاده از چرخ های پدال انجام شد.

مطالعه بیشتر این موضوع باعث شد تا محققان بسیاری از سؤالات را در مورد اینکه کدام منابع انرژی برای استفاده بهتر است، چگونگی بهبود ویژگی های عملکرد و بهینه سازی ابعاد آن را حل کنند.

در سال 1886، فرانک جولیان اسپراگ برای اولین بار یک موتور الکتریکی با جریان مستقیم طراحی کرد که از نظر طراحی شبیه به موتورهای امروزی است. این اصل خود تحریکی و اصل برگشت پذیری یک ماشین الکتریکی را اجرا کرد. در این مرحله همه موتورها از این نوعاز یک منبع مناسب تر - یک ژنراتور DC به برق تبدیل می شود.

واحد براش کلکتور فراهم می کند اتصال الکتریکیزنجیر روتور با زنجیر واقع در قسمت ثابت دستگاه

طراحی و اصل عملیات

ترانسفورماتورهای DC مدرن از همان اصل برهمکنش یک هادی باردار با یک میدان مغناطیسی استفاده می کنند. با پیشرفت تکنولوژی، دستگاه تنها با برخی از عناصر که عملکرد را بهبود می بخشد تکمیل می شود. به عنوان مثال، امروزه آهنرباهای دائمی فقط در موتورهای کم مصرف استفاده می شوند، زیرا در دستگاه های بزرگ فضای زیادی را اشغال می کنند.

اصل اساسی

نمونه های اولیه موتورهای این نوع به طور قابل توجهی ساده تر بودند دستگاه های مدرن. دستگاه اولیه آنها فقط شامل یک استاتور از دو آهنربا و یک آرمیچر با سیم پیچی بود که جریان به آن تامین می شد. با مطالعه اصل برهمکنش میدان های مغناطیسی، طراحان الگوریتم عملکرد موتور زیر را تعیین کردند:

1. منبع تغذیه یک میدان الکترومغناطیسی روی سیم‌پیچ‌های آرمیچر ایجاد می‌کند.
2. قطب های الکتریکی میدان مغناطیسیاز همان قطب های میدان آهنربای دائمی دفع می شوند.
3. آرمیچر همراه با محوری که روی آن وصل شده است مطابق با میدان دفع سیم پیچ می چرخد.

این الگوریتم در تئوری کاملاً کار می کرد، اما در عمل سازندگان اولین موتورها با مشکلاتی مواجه شدند. مشکلات مشخصهکه در عملکرد دستگاه اختلال ایجاد می کند:

• حالت مرده ای که موتور را نمی توان از آن روشن کرد زمانی است که قطب ها دقیقاً در مقابل یکدیگر قرار گرفته باشند.
• ناتوانی در شروع به دلیل مقاومت قوی یا دافعه ضعیف قطب.
• روتور پس از یک دور چرخش متوقف می شود. این به این دلیل است که پس از عبور از نیمی از دایره، جاذبه آهنربا شتاب نمی گیرد، بلکه چرخش روتور را کند می کند.

راه حلی برای اولین مشکل خیلی سریع پیدا شد - برای این کار استفاده از بیش از دو آهنربا پیشنهاد شد. بعداً، طراحی موتور شروع به شامل چندین سیم پیچ و یک مجموعه جابجایی برس کرد که تنها یک جفت سیم پیچ را در یک زمان معین تامین می کرد.

سیستم تامین جریان کموتاتور-برس مشکل ترمز روتور را نیز حل می کند - سوئیچ قطبیت تا زمانی که چرخش روتور شروع به کند شدن کند. این بدان معنی است که در طول یک دور موتور حداقل دو سوئیچ قطبی رخ می دهد.

مشکل جریان های هجومی ضعیف در زیر در بخش جداگانه ای مورد بحث قرار گرفته است.

طرح

بنابراین، یک آهنربای دائمی به محفظه موتور ثابت می شود و همراه با آن یک استاتور را تشکیل می دهد که داخل آن روتور قرار دارد. پس از اعمال قدرت، یک میدان الکترومغناطیسی روی سیم پیچ آرمیچر ظاهر می شود که با میدان مغناطیسی استاتور در تعامل است، این منجر به چرخش روتور می شود که به طور سفت و سخت روی شفت نصب شده است. برای انتقال جریان الکتریکی از منبع به آرمیچر، موتور به یک مجموعه کموتاتور-برس متشکل از:

1. گردآورنده. این یک حلقه لغزنده از چندین بخش است که توسط مواد دی الکتریک از هم جدا شده است، به سیم پیچ های آرمیچر متصل شده و مستقیماً روی شفت موتور نصب می شود.
2. برس های گرافیتی. آنها مدار بین کموتاتور و منبع تغذیه را با استفاده از برس هایی می بندند که توسط فنرهای فشار بر روی پدهای تماس کموتاتور فشرده می شوند.

سیم‌پیچ‌های آرمیچر در یک سر به یکدیگر و در سر دیگر به بخش‌های کلکتور متصل می‌شوند، بنابراین مداری را تشکیل می‌دهند که جریان از طریق آن در مسیر زیر جریان می‌یابد: برس ورودی -> سیم‌پیچ روتور -> برس خروجی.

داده شده مدار(شکل 3) اصل عملکرد یک موتور الکتریکی DC اولیه با یک کموتاتور دو بخش را نشان می دهد:

1. در این مثال، موقعیت شروع روتور را همان چیزی است که در نمودار نشان داده شده است. بنابراین، پس از اعمال قدرت به برس پایینی که با علامت "+" مشخص شده است، جریان از سیم پیچ عبور می کند و میدان الکترومغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند.
2. طبق قانون گیملت، قطب شمال لنگر در قسمت پایین سمت چپ و قطب جنوب در قسمت بالا سمت راست تشکیل می شود. در نزدیکی قطب‌های استاتور به همین نام قرار می‌گیرند، شروع به دفع می‌کنند و در نتیجه روتور را به حرکت در می‌آورند، این حرکت تا زمانی ادامه می‌یابد که قطب‌های مقابل در حداقل فاصله از یکدیگر قرار گیرند، یعنی به موقعیت نهایی خود برسند (شکل 1). .
3. طراحی کموتاتور در این مرحله منجر به تغییر قطبیت روی سیم‌پیچ‌های آرمیچر می‌شود. در نتیجه، قطب های میدان های مغناطیسی دوباره در فاصله نزدیک قرار می گیرند و شروع به دفع یکدیگر می کنند.
4. روتور یک چرخش کامل ایجاد می کند و کموتاتور دوباره قطبیت خود را تغییر می دهد و به حرکت خود ادامه می دهد.

قطعات موتور DC

در اینجا، همانطور که قبلا ذکر شد، اصل عملکرد یک نمونه اولیه نشان داده شده است. موتورهای واقعی از بیش از دو آهنربا استفاده می کنند و کموتاتور از تعداد بیشتری استفاده می کند پدهای تماس، که چرخش صاف را تضمین می کند.

در موتورهای پرقدرت استفاده از آهنرباهای دائمی به دلیل وجود آنها امکان پذیر نیست سایز بزرگ. یک جایگزین برای آنها سیستمی از چندین میله رسانا است که هر یک از آنها سیم پیچ خاص خود را دارد که به شینه های قدرت متصل است. قطب هایی با همین نام به صورت سری به شبکه متصل می شوند. می تواند از 1 تا 4 جفت قطب روی محفظه وجود داشته باشد و تعداد آنها باید با تعداد برس های جمع کننده جریان روی کموتاتور مطابقت داشته باشد.

موتورهای الکتریکی که برای توان بالا طراحی شده اند، دارای مزایای عملکردی متعددی نسبت به همتایان سبک تر خود هستند. به عنوان مثال، برس‌های جمع‌آوری فعلی در اینجا آنها را در یک زاویه خاص نسبت به شفت می‌چرخانند تا ترمز شفت را جبران کنند که به آن «واکنش آرماتور» می‌گویند.

جریان های شروع

با تجهیز تدریجی روتور موتور به عناصر اضافی که عملکرد بی وقفه آن را تضمین می کند و ترمز بخشی را از بین می برد، مشکل راه اندازی آن ایجاد می شود. اما همه اینها وزن روتور را افزایش می دهد - با در نظر گرفتن مقاومت شفت، بیرون راندن آن از جای خود دشوارتر می شود. اولین راه حل برای این مشکل که به ذهن می رسد ممکن است افزایش جریان عرضه شده در ابتدا باشد، اما این می تواند منجر به عواقب ناخوشایندی شود:

• قطع کننده مدار خط جریان را تحمل نمی کند و خاموش می شود.
• سیم های سیم پیچ از اضافه بار می سوزند.
• بخش های سوئیچینگ در منیفولد به دلیل گرمای بیش از حد جوش داده می شوند.

بنابراین، چنین تصمیمی را می توان یک نیمه اقدام پرخطر نامید.

اصلا، این مشکلنقطه ضعف اصلی موتورهای DC است، اما مزیت اصلی آنها را شامل می شود که آنها را در برخی مناطق ضروری می کند. مزیت این انتقال مستقیم گشتاور بلافاصله پس از راه اندازی است - شفت (اگر شروع به حرکت کند) با هر باری می چرخد. موتورهای AC توانایی این را ندارند.

هنوز حل کامل این مشکل ممکن نشده است. امروزه برای راه اندازی چنین موتورهایی از یک استارت اتوماتیک استفاده می شود که اصل عملکرد آن شبیه به گیربکس خودرو است:

1. اول، جریان به تدریج به مقدار شروع افزایش می یابد.
2. پس از "تغییر" از محل، مقدار فعلی به شدت کاهش می یابد و دوباره به آرامی افزایش می یابد "تنظیم چرخش شفت".
3. پس از افزایش به حداکثر مقدار، قدرت فعلی دوباره کاهش یافته و "تنظیم" می شود.

این چرخه 3-5 بار تکرار می شود (شکل 4) و نیاز به راه اندازی موتور را بدون ایجاد بارهای بحرانی در شبکه برطرف می کند. در واقع ، هنوز شروع "نرم" وجود ندارد ، اما تجهیزات با خیال راحت کار می کنند و مزیت اصلی موتور DC - گشتاور - حفظ می شود.

نمودارهای اتصال

اتصال یک موتور DC در مقایسه با موتورهای با مشخصات AC تا حدودی پیچیده تر است.

موتورهای با قدرت بالا و متوسط ​​معمولاً دارای کنتاکت های مخصوص سیم پیچ میدان (OB) و آرمیچر هستند که در جعبه ترمینال قرار می گیرند. بیشتر اوقات لنگر سرو می شود ولتاژ خروجیمنبع، و در OB - جریان، به عنوان یک قاعده، توسط یک رئوستات تنظیم می شود. سرعت چرخش موتور به طور مستقیم به جریان تامین شده به سیم پیچ میدان بستگی دارد.

سه مدار اصلی برای اتصال آرمیچر و سیم پیچ میدانی موتورهای DC وجود دارد:

1. تحریک سری در موتورهایی استفاده می شود که در شروع به قدرت جریان بالایی نیاز دارند (وسایل نقلیه الکتریکی، تجهیزات اجاره ای و غیره). این طرح فراهم می کند اتصال سریال OB و لنگر به منبع. پس از اعمال ولتاژ، جریان هایی با همان اندازه از آرمیچر و سیم پیچ OF عبور می کنند، باید در نظر داشت که کاهش بار روی شفت حتی به میزان یک چهارم با تحریک سری، منجر به افزایش شدید سرعت می شود که می تواند منجر به افزایش سرعت شود. به خرابی موتور، به همین دلیل است که این مدار در شرایط بار ثابت استفاده می شود.
2. تحریک موازی در موتورهایی استفاده می شود که عملکرد ماشین ابزار، فن ها و سایر تجهیزات را تضمین می کند که در زمان راه اندازی بار زیادی روی شفت وارد نمی کند. در این مدار، یک سیم پیچ مستقل، که اغلب توسط یک رئوستات تنظیم می شود، برای تحریک OF استفاده می شود.
3. تحریک مستقل بسیار شبیه به تحریک موازی است، اما در در این موردیک منبع مستقل برای تامین برق OB استفاده می شود که وقوع آن را حذف می کند ارتباط الکتریکیبین آرمیچر و سیم پیچ میدان.

در موتورهای الکتریکی مدرن DC می توان از آنها استفاده کرد طرح های ترکیبی، بر اساس سه توضیح داده شده است.

تنظیم سرعت چرخش

روش تنظیم سرعت DPT به نمودار اتصال آن بستگی دارد:

1. در موتورهای با تحریک موازیکاهش سرعت نسبت به مقدار اسمی را می توان با تغییر ولتاژ آرمیچر انجام داد و با تضعیف جریان تحریک می توان افزایش را ایجاد کرد. برای افزایش سرعت (بیش از 4 برابر نسبت به مقدار اسمی)، یک رئوستات به مدار OF اضافه می شود.
2. با تحریک متوالی، تنظیم آسان است مقاومت متغیردر زنجیره آرمیچر درست است، این روش فقط برای کاهش سرعت و فقط در نسبت های 1: 3 یا 1: 2 مناسب است (علاوه بر این، این منجر به تلفات زیادی در رئوستات می شود). افزایش با استفاده از یک رئوستات تنظیم کننده در مدار OF انجام می شود.

این مدارها به ندرت در تجهیزات پیشرفته مدرن استفاده می شوند زیرا دارای محدوده تنظیم باریک و سایر معایب هستند. امروزه، برای این اهداف، آنها به طور فزاینده ای ایجاد می کنند مدارهای الکترونیکیمدیریت.

واژگونی

برای معکوس کردن (معکوس کردن) چرخش یک موتور DC لازم است:

• برای تحریک متوالی، به سادگی قطبیت کنتاکت های ورودی را تغییر دهید.
• با تحریک مخلوط و موازی - لازم است جهت جریان را در سیم پیچ آرمیچر تغییر دهید. پارگی OF می تواند منجر به افزایش شدید نیروی الکتروموتور پمپ شده و شکست عایق سیم شود.

دامنه کاربرد

همانطور که قبلا متوجه شدید، استفاده از موتورهای الکتریکی DC در شرایطی که اتصال ثابت و بدون وقفه به شبکه امکان پذیر نیست، توصیه می شود. یک مثال خوباین می تواند یک استارت خودرو باشد که موتور احتراق داخلی را "از حالت سکون" هل می دهد، یا اسباب بازی های کودکان با یک موتور. در این موارد برای راه اندازی موتور از باطری های قابل شارژ. برای مقاصد صنعتی، DPTها در کارخانه های نورد استفاده می شوند.

حوزه اصلی کاربرد DPT حمل و نقل الکتریکی است. کشتی‌های بخار، لوکوموتیوهای الکتریکی، ترامواها، ترولی‌بوس‌ها و سایر موارد مشابه مقاومت راه‌اندازی بسیار بالایی دارند که تنها با کمک موتورهای DC با ویژگی‌های نرم و محدودیت‌های گسترده تنظیم چرخش قابل غلبه بر آن است. با در نظر گرفتن توسعه سریعو رواج محیط زیست فن آوری های حمل و نقل، دامنه کاربرد DBT تنها در حال افزایش است.

ساده ترین واحد براش جمع کن

مزایا و معایب

با خلاصه کردن تمام موارد فوق، می توانیم مزایا و معایب مشخصه موتورهای الکتریکی DC را نسبت به همتایان آنها که برای کار بر روی جریان متناوب طراحی شده اند، شرح دهیم.

مزایای اصلی:

• DPTها در شرایطی که به گشتاور راه اندازی قوی نیاز است ضروری هستند.
• سرعت چرخش آرمیچر به راحتی تنظیم می شود.
• موتور DC یک ماشین الکتریکی جهانی است، یعنی می توان از آن به عنوان یک ژنراتور استفاده کرد.

معایب اصلی:

• DPTها هزینه تولید بالایی دارند.
• استفاده از واحد جمع کننده برس منجر به نیاز به نگهداری و تعمیر مکرر می شود.
• برای کار کردن به منبع DC یا یکسو کننده نیاز دارد.

البته موتورهای الکتریکی DC از نظر هزینه و قابلیت اطمینان نسبت به اقوام "متغیر" خود پایین تر هستند ، اما استفاده می شوند و مورد استفاده قرار خواهند گرفت ، زیرا مزایای استفاده از آنها در مناطق خاص به طور قاطع تمام معایب را از بین می برد.

اولین ماشین الکتریکی دوار که در قرن نوزدهم اختراع شد، موتور DC است. اصل کارکرد آن از اواسط قرن گذشته شناخته شده است و تا به امروز، موتورهای جریان مستقیم (DCM) به طور صادقانه به مردم خدمت می کنند و ماشین ها و مکانیسم های مفید زیادی را هدایت می کنند.

اولین DBT

از دهه 30 قرن نوزدهم، آنها چندین مرحله را در توسعه خود طی کرده اند. واقعیت این است که قبل از ظهور نیروی ماشین در پایان قرن گذشته، تنها منبع برق یک سلول گالوانیکی بود. بنابراین، تمام اولین موتورهای الکتریکی فقط می توانستند با جریان مستقیم کار کنند.

اولین موتور DC چه بود؟ اصل کار و طراحی موتورهای ساخته شده در نیمه اول قرن 19 به شرح زیر بود. یک سلف قطب برجسته مجموعه ای از آهنرباهای دائمی ثابت یا آهنرباهای الکتریکی میله ای بود که مدار مغناطیسی بسته مشترکی نداشتند. آرمیچر قطب برجسته توسط چندین الکترومغناطیس میله ای جداگانه بر روی یک محور مشترک تشکیل شده است که توسط نیروهای دافعه و جاذبه به قطب های سلف به چرخش هدایت می شود. نمایندگان معمولی آنها موتورهای U. Ricci (1833) و B. Jacobi (1834) بودند که مجهز به کموتاتورهای جریان مکانیکی در آهنرباهای الکتریکی آرمیچر با کنتاکت های متحرک در مدار سیم پیچ آرمیچر بودند.

موتور جاکوبی چگونه کار می کرد

اصل کار این دستگاه چه بود؟ موتور DC Jacobi و آنالوگ های آن دارای گشتاور الکترومغناطیسی ضربانی بودند. در طول زمان نزدیک شدن به قطب های مخالف آرمیچر و سلف تحت تأثیر نیروی جاذبه مغناطیسی، گشتاور موتور به سرعت به حداکثر خود رسید. سپس، هنگامی که قطب های آرمیچر در مقابل قطب های سلف قرار گرفتند، یک کموتاتور مکانیکی جریان برق آهنرباهای آرمیچر را قطع کرد. لحظه به صفر رسید. به دلیل اینرسی آرمیچر و مکانیزم محرک، قطب های آرمیچر از زیر قطب های سلف بیرون می آمدند، در این لحظه جریانی خلاف جهت از کموتاتور به آنها وارد می شد، قطب آنها نیز به در مقابل، و نیروی جاذبه به نزدیکترین قطب سلف با نیروی دافعه جایگزین شد. بنابراین، موتور جاکوبی در رانش های متوالی می چرخید.

یک لنگر حلقه ظاهر می شود

در الکترومغناطیس های میله ای آرمیچر موتور جاکوبی، جریان به صورت دوره ای قطع می شد، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آنها ناپدید می شد و انرژی آن به تلفات حرارتیدر سیم پیچ ها بنابراین، تبدیل الکترومکانیکی الکتریسیته از منبع جریان آرمیچر (سلول گالوانیکی) به انرژی مکانیکی به طور متناوب رخ می دهد. آنچه مورد نیاز بود موتوری با سیم پیچ پیوسته بسته بود که در تمام مدت کارکرد آن جریان دائماً در جریان باشد.

و چنین fuhtufn در سال 1860 توسط A. Pacinotti ایجاد شد. موتور DC آن چه تفاوتی با موتورهای قبلی خود داشت؟ اصل کار و طراحی موتور پاچینوتی به شرح زیر است. به عنوان لنگر، او از یک حلقه فولادی با پره های نصب شده بر روی یک محور عمودی استفاده کرد. در عین حال، لنگر قطب های مشخصی نداشت. غیر برجسته شده است.

بین پره های حلقه، سیم پیچ های سیم پیچ آرمیچر پیچ خورده بود که انتهای آن به صورت متوالی روی خود آرمیچر متصل می شد و از نقاط اتصال هر دو سیم پیچ، شیرهایی ساخته می شد که به صفحات کلکتور واقع در امتداد دایره ای در پایین میل موتور که تعداد آن برابر با تعداد سیم پیچ بود. کل سیم پیچ آرمیچر روی خود بسته شد و نقاط اتصال پی در پی سیم پیچ های آن به صفحات جمع کننده مجاور وصل شد که در امتداد آنها یک جفت غلتک حامل جریان می لغزید.

آرمیچر حلقه بین قطب های دو آهنربای ثابت القاگر-استاتور قرار گرفت، به طوری که خطوط نیروی میدان مغناطیسی تحریک ایجاد شده توسط آنها وارد سطح استوانه ای بیرونی آرمیچر موتور در زیر قطب تحریک شمال، از امتداد حلقه عبور می شود. آرمیچر بدون حرکت به سوراخ داخلی آن و از زیر قطب جنوب خارج شد.

موتور پاچینوتی چگونه کار می کرد

اصل کار او چه بود؟ موتور DC پاچینوتی دقیقاً مانند موتورهای DC مدرن کار می کرد.

در میدان مغناطیسی یک قطب سلف با یک قطب معین، همیشه تعداد معینی هادی سیم پیچ آرمیچر با جریانی با جهت ثابت وجود داشت و جهت جریان آرمیچر در زیر قطب های مختلف سلف مخالف بود. این امر با قرار دادن غلتک های حامل جریان، که به عنوان برس عمل می کنند، در فضای بین قطب های سلف به دست آمد. از همین رو جریان لحظه ایآرمیچر از طریق غلتک، صفحه جمع کننده و شیر متصل به آن که در فضای بین قطب ها نیز قرار داشت به داخل سیم پیچ جریان می یافت، سپس در امتداد دو شاخه نیمه سیم پیچ در جهت مخالف جریان می یافت و در نهایت از طریق شیر به بیرون سرازیر می شد. ، صفحه جمع کننده و غلتک در فضای بین قطبی دیگر. در همان زمان، خود سیم پیچ های آرمیچر زیر قطب های سلف تغییر کردند، اما بدون تغییر باقی ماندند.

هر هادی سیم پیچ آرمیچر با جریان، واقع در میدان مغناطیسی قطب سلف، توسط نیرویی تحت تأثیر قرار می گیرد که جهت آن توسط قانون معروف "دست چپ" تعیین می شود. نسبت به محور موتور، این نیرو یک گشتاور ایجاد می کند و مجموع گشتاورهای حاصل از این نیروها، گشتاور کل DMF را به دست می دهد که حتی با چندین صفحه جمع کننده تقریباً ثابت است.

DPT با آرمیچر حلقه و سیم پیچ گرم

همانطور که اغلب در تاریخ علم و فناوری اتفاق افتاده است، اختراع A. Pacinotti کاربرد پیدا نکرد. به مدت 10 سال فراموش شد، تا اینکه در سال 1870 توسط مخترع فرانسوی-آلمانی Z. Gramm به طور مستقل در طرحی مشابه تکرار شد.در این ماشین ها، محور چرخش از قبل افقی بود، از برس های کربنی استفاده می شد که در امتداد صفحات کموتاتور می لغزیدند. یک طراحی تقریبا مدرن در دهه 70 قرن نوزدهم، اصل برگشت پذیری ماشین های الکتریکی قبلاً به خوبی شناخته شده بود و ماشین گرم به عنوان یک ژنراتور و یک موتور DC استفاده می شد. اصل عملکرد آن قبلاً در بالا توضیح داده شده است.

با وجود اینکه اختراع لنگر حلقه بود گام مهمدر توسعه DPT، سیم پیچ آن (که سیم پیچی گرم نامیده می شود) یک اشکال قابل توجه داشت. در میدان مغناطیسی قطب های سلف فقط هادی های آن (که فعال نامیده می شوند) وجود داشتند که در زیر این قطب ها در سطح استوانه ای بیرونی آرمیچر قرار داشتند. به آنها بود که مغناطیسی ها اعمال شد و گشتاوری نسبت به محور موتور ایجاد کرد. همان هادی های غیر فعالی که از سوراخ آرمیچر حلقه عبور می کردند در ایجاد لحظه مشارکت نداشتند. آنها فقط بی فایده الکتریسیته را به شکل تلفات حرارتی تلف می کردند.

از آرمیچر حلقه تا آرماتور درام

مهندس برق مشهور آلمانی F. Geffner-Alteneck در سال 1873 موفق شد این نقص آرمیچر حلقه را برطرف کند. موتور DC او چگونه کار می کرد؟ اصل کار و طراحی سلف-استاتور آن مانند موتور با سیم پیچ حلقه ای است. اما طراحی آرمیچر و سیم پیچ آن تغییر کرده است.

گفنر-آلتنک متوجه شد که جهت جریان آرمیچر که از برس های ثابت در هادی های سیم پیچ گرم در زیر قطب های تحریک مجاور جریان می یابد، همیشه مخالف است، یعنی. آنها را می توان در پیچ های یک سیم پیچ واقع در سطح استوانه ای بیرونی با عرض (گام) برابر با تقسیم قطب (بخشی از محیط آرمیچر در هر یک قطب تحریک) قرار داد.

در این حالت، سوراخ در آرمیچر حلقوی غیر ضروری می شود و به یک استوانه جامد (درام) تبدیل می شود. به این سیم پیچ و خود آرمیچر سیم پیچی درام می گویند. مصرف مس در آن با همان تعداد هادی فعال بسیار کمتر از سیم پیچ گرم است.

لنگر دندانه دار می شود

در ماشین های گرم و گفنر-آلتنک، سطح آرمیچر صاف بود و هادی های سیم پیچ آن در شکاف بین آن و قطب های سلف قرار داشتند. در این حالت، فاصله بین سطح استوانه ای مقعر قطب تحریک و سطح محدب آرمیچر به چندین میلی متر می رسید. بنابراین، برای ایجاد قدر میدان مغناطیسی مورد نیاز، استفاده از سیم پیچ های تحریک با نیروی محرکه مغناطیسی زیاد (با تعداد زیادیچرخش). این به طور قابل توجهی باعث افزایش اندازه و وزن موتورها شد. علاوه بر این، اتصال سیم پیچ ها به سطح صاف آرمیچر دشوار بود. ولی ما چکار میتوانیم بکنیم؟ در واقع، برای اینکه یک هادی بر روی رسانایی با جریان آمپر عمل کند، باید در نقاطی از فضا با میدان مغناطیسی بزرگ (با یک القای مغناطیسی بزرگ) قرار گیرد.

معلوم شد که این لازم نیست. مخترع آمریکایی مسلسل، اچ. ماکسیم، نشان داد که اگر آرمیچر درام دندانه دار باشد و سیم پیچ های سیم پیچ درام در شیارهای ایجاد شده بین دندانه ها قرار گیرد، آنگاه شکاف بین آن و قطب های تحریک را می توان به کسری کاهش داد. از یک میلی متر این باعث شد تا اندازه سیم پیچ های تحریک به میزان قابل توجهی کاهش یابد، اما گشتاور موتور DC به هیچ وجه کاهش پیدا نکرد.

چنین موتور DC چگونه کار می کند؟ اصل کار بر این واقعیت استوار است که با آرمیچر چرخ دنده، نیروی مغناطیسی نه به هادی های موجود در شیارهای آن (عملاً هیچ میدان مغناطیسی در آنها وجود ندارد) بلکه به خود دندان ها اعمال می شود. در این حالت وجود جریان در هادی در شیار برای وقوع این نیرو بسیار مهم است.

چگونه از شر جریان های گردابی خلاص شویم

یکی دیگر از پیشرفت های مهم توسط مخترع معروف T. Edison انجام شد. چه چیزی به موتور DC اضافه کرد؟ اصل عملکرد بدون تغییر باقی مانده است، اما ماده ای که لنگر آن از آن ساخته شده است تغییر کرده است. به جای انبوه قبلی، از ورق های فولادی نازک عایق الکتریکی از یکدیگر لمینیت شد. این امر باعث شد تا میزان جریان های گردابی (جریان های فوکو) در آرمیچر کاهش یابد که باعث افزایش راندمان موتور شد.

اصل عملکرد یک موتور DC

می توان آن را به طور خلاصه به صورت زیر فرموله کرد: هنگام اتصال سیم پیچ آرمیچر یک موتور برانگیخته به منبع برق، یک جریان بالا، شروع و بیش از چندین برابر مقدار اسمی آن نامیده می شود. علاوه بر این، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، در زیر قطب های تحریک با قطب مخالف، جهت جریان ها در هادی سیم پیچ آرمیچر نیز مخالف است. بر این اساس، این هادی ها توسط نیروهای آمپر، در خلاف جهت عقربه های ساعت هدایت می شوند و آرمیچر را به چرخش می کشانند. در این حالت، یک ولتاژ جهت از منبع برق در هادی سیم پیچ آرمیچر القا می شود. با شتاب گرفتن آرمیچر، EMF پشتی در سیم پیچ آن نیز افزایش می یابد. بر این اساس، جریان آرمیچر از جریان راه اندازی به مقدار مربوط به نقطه عملیاتی در مشخصه موتور کاهش می یابد.

برای افزایش سرعت چرخش آرمیچر، باید یا جریان سیم پیچ آن را افزایش دهید یا EMF پشتی را در آن کاهش دهید. مورد دوم را می توان با کاهش مقدار میدان مغناطیسی تحریک با کاهش جریان در سیم پیچ تحریک به دست آورد. این روشکنترل سرعت DPT گسترده شده است.

اصل عملکرد یک موتور DC با تحریک جداگانه

با اتصال پایانه های سیم پیچ تحریک (OB) به یک منبع تغذیه جداگانه (OB مستقل)، DFC های قدرتمند معمولاً ساخته می شوند تا تنظیم مقدار جریان تحریک (به منظور تغییر سرعت چرخش) راحت تر باشد. از نظر خواص، DFCهای با OV مستقل تقریبا مشابه DFCهای با OV هستند که به موازات سیم پیچ آرمیچر متصل می شوند.

تحریک موازی DBT

اصل کار یک موتور DC با تحریک موازی با ویژگی های مکانیکی آن تعیین می شود، به عنوان مثال. وابستگی سرعت چرخش به گشتاور بار روی شفت آن. برای چنین موتوری، تغییر سرعت در طول انتقال از چرخش در حالت آزاد به گشتاور بار نامی از 2 تا 10٪ متغیر است. چنین ویژگی های مکانیکی صلب نامیده می شود.

بنابراین، اصل عملکرد یک موتور DC با تحریک موازی، استفاده از آن را در درایوهای با سرعت ثابتچرخش با دامنه وسیعی از تغییرات بار. با این حال، به طور گسترده ای در درایوهای سرعت متغیر با سرعت متغیر استفاده می شود. در این حالت برای تنظیم سرعت آن می توان از تغییر هم در جریان آرمیچر و هم در جریان تحریک استفاده کرد.

تحریک متوالی DBT

اصل کار یک موتور DC با تحریک سری، و همچنین یک موتور موازی، با ویژگی های مکانیکی آن تعیین می شود، که در این مورد نرم هستند، زیرا سرعت موتور با تغییرات بار به طور قابل توجهی تغییر می کند. استفاده از چنین موتور DC در کجا بیشترین سود را دارد؟ اصل عملکرد موتور کشش راه آهن، که سرعت آن باید در هنگام غلبه قطار بر شیب ها کاهش یابد و هنگام حرکت در دشت به حالت اسمی برگردد، کاملاً مطابق با ویژگی های یک DFC با OV است که به صورت سری به آرمیچر متصل است. سیم پیچی. از این رو بخش قابل توجهی از لوکوموتیوهای برقی در سراسر جهان مجهز به چنین وسایلی هستند.

اصل کار یک موتور DC با تحریک متوالیآنها همچنین موتورهای کششی جریان ضربانی را می فروشند که در اصل همان DFCها با یک سری OV هستند، اما به طور ویژه برای کار با جریان تصحیح شده در لوکوموتیو الکتریکی که دارای ضربان های قابل توجهی است، طراحی شده اند.

موتورهای الکتریکی که توسط جریان مستقیم هدایت می شوند در مقایسه با موتورهایی که با جریان متناوب تغذیه می شوند، بسیار کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. در شرایط خانگی، از موتورهای الکتریکی DC در اسباب بازی های کودکان استفاده می شود که توسط آن تغذیه می شود باتری های معمولیبا جریان مستقیم در تولید، موتورهای الکتریکی DC واحدها و تجهیزات مختلف را هدایت می کنند. آنها توسط باتری های قدرتمند تغذیه می شوند.

طراحی و اصل عملیات

موتورهای DC از نظر طراحی شبیه به موتورهای سنکرون AC هستند و تفاوت آنها در نوع جریان است. مدل‌های نمایش موتور ساده از یک آهنربا و یک قاب با جریان عبوری از آن استفاده می‌کردند. چنین وسیله ای در نظر گرفته شد مثال ساده. موتورهای مدرن دستگاه های بسیار پیچیده ای هستند که قادر به توسعه قدرت بزرگ هستند.

سیم پیچ اصلی موتور آرمیچر است که از طریق مکانیزم کموتاتور و برس برق تامین می شود. در یک میدان مغناطیسی که توسط قطب های استاتور (محفظه موتور) تشکیل شده است می چرخد. آرمیچر از چندین سیم پیچی که در شیارهای آن گذاشته شده و در آنجا با یک ترکیب اپوکسی مخصوص محکم شده است ساخته شده است.

استاتور ممکن است از سیم پیچ های میدانی یا آهنرباهای دائمی تشکیل شده باشد. در موتورهای کم مصرف از آهنرباهای دائمی و در موتورهای با افزایش قدرتاستاتور مجهز به سیم پیچ میدانی است. استاتور در انتها با روکش هایی با یاتاقان های داخلی بسته می شود که برای چرخش محور آرمیچر استفاده می شود. یک فن خنک کننده به یک سر این شفت متصل شده است که باعث ایجاد فشار هوا و گردش آن در داخل موتور در حین کار می شود.

اصل کار چنین موتوری بر اساس قانون آمپر است. وقتی یک قاب سیمی را در میدان مغناطیسی قرار می دهید، می چرخد. جریان عبوری از آن میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کند که با میدان مغناطیسی خارجی تعامل دارد که منجر به چرخش قاب می شود. در طراحی موتور مدرن، نقش قاب را یک آرمیچر با سیم پیچ ایفا می کند. جریانی به آنها می رسد، در نتیجه جریانی در اطراف آرمیچر ایجاد می شود که باعث چرخش آن می شود.

برای تامین جریان متناوب به سیم پیچ های آرمیچر، برس های مخصوص ساخته شده از آلیاژ گرافیت و مس استفاده می شود.

سرنخ های سیم پیچ های آرمیچر در یک واحد به نام کلکتور ترکیب می شوند که به شکل حلقه ای از لایه های متصل به شفت آرمیچر ساخته شده است. با چرخش شفت، برس ها به طور متناوب از طریق لایه های کموتاتور به سیم پیچ های آرمیچر برق می رسانند. در نتیجه شفت موتور با سرعت یکنواخت می چرخد. هرچه آرمیچر سیم پیچ بیشتری داشته باشد، موتور یکنواخت تر کار می کند.

مجموعه برس آسیب پذیرترین مکانیسم در طراحی موتور است. در حین کار، برس های مس-گرافیت بر روی کموتاتور ساییده می شوند و شکل آن را تکرار می کنند و با نیروی ثابت بر روی آن فشار داده می شوند. در حین کار برس ها فرسوده می شوند و گرد و غبار رسانا که محصول این سایش است بر روی قطعات موتور می نشیند. این گرد و غبار باید به صورت دوره ای حذف شود. حذف گرد و غبار معمولاً با هوا تحت فشار بالا انجام می شود.

برس ها نیاز به حرکت دوره ای در شیارها و دمیدن با هوا دارند، زیرا گرد و غبار انباشته شده می تواند باعث گیرکردن آنها در شیارهای راهنما شود. این باعث می شود که برس ها بالای کموتاتور آویزان شوند و باعث اختلال در عملکرد موتور شوند. برس ها به دلیل سایش به طور دوره ای نیاز به تعویض دارند. فرسودگی کموتاتور در جایی که کموتاتور با برس ها تماس می گیرد نیز رخ می دهد. بنابراین، هنگام پوشیدن، لنگر برداشته می شود و ماشین تراشکلکتور را آسیاب کنید. پس از شیار کردن کموتاتور، عایق واقع بین لایه های کموتاتور تا عمق کمی آسیاب می شود تا برس ها را از بین نبرد، زیرا استحکام آن به طور قابل توجهی از استحکام برس ها بیشتر است.

انواع

موتورهای الکتریکی DC بر اساس ماهیت تحریک تقسیم می شوند.

برانگیختگی مستقل

با این نوع تحریک، سیم پیچ به یک منبع تغذیه خارجی متصل می شود. در این مورد، پارامترهای موتور مشابه موتور آهنربای دائمی است. سرعت چرخش با مقاومت سیم پیچ های آرمیچر تنظیم می شود. سرعت توسط یک رئوستات کنترل ویژه متصل به مدار سیم پیچ تحریک کنترل می شود. اگر مقاومت به طور قابل توجهی کاهش یابد یا مدار قطع شود، جریان آرمیچر به مقادیر خطرناک افزایش می یابد.

موتورهای الکتریکی با تحریک مستقل نباید بدون بار یا با بار کم راه اندازی شوند، زیرا سرعت آن به شدت افزایش می یابد و موتور از کار می افتد.

برانگیختگی موازی

سیم پیچ میدان و روتور به موازات یک منبع جریان متصل می شوند. با این طرح، جریان سیم پیچ میدان به طور قابل توجهی کمتر از جریان روتور است. پارامترهای موتورها خیلی سفت و سخت می شوند، می توان از آنها برای راه اندازی فن ها و ماشین ابزار استفاده کرد.

کنترل دور موتور توسط یک رئوستات در یک مدار سری با سیم پیچ های میدان یا در مدار روتور ارائه می شود.

تحریک متوالی

در این حالت سیم پیچ مهیج به صورت سری به آرمیچر متصل می شود که در نتیجه همان جریان از این سیم پیچ ها عبور می کند. سرعت چرخش چنین موتوری به بار آن بستگی دارد. موتور نباید در دور آرام بدون بار روشن شود. با این حال، چنین موتوری پارامترهای شروع مناسبی دارد، بنابراین مدار مشابهی در وسایل نقلیه الکتریکی سنگین استفاده می شود.

هیجان مختلط

این طرح شامل استفاده از دو سیم پیچ میدانی است که به صورت جفت در هر قطب موتور قرار دارند. این سیم پیچ ها را می توان به دو طریق متصل کرد: با جمع شارها یا با تفریق آنها. در نتیجه، موتور الکتریکی می تواند همان ویژگی های موتورهای با تحریک موازی یا سری را داشته باشد.

برای اینکه موتور در جهت دیگر بچرخد، قطبیت یکی از سیم پیچ ها تغییر می کند. برای کنترل سرعت چرخش موتور و راه اندازی آن از کلیدزنی گام به گام مقاومت های مختلف استفاده می شود.

ویژگی های عملیات

موتورهای الکتریکی DC سازگار با محیط زیست و قابل اعتماد هستند. تفاوت اصلی آنها با موتورهای AC توانایی تنظیم سرعت چرخش در محدوده وسیع است.

از چنین موتورهای DC می توان به عنوان ژنراتور نیز استفاده کرد. با تغییر جهت جریان در سیم پیچ میدان یا آرمیچر می توانید جهت چرخش موتور را تغییر دهید. سرعت شفت موتور با استفاده از مقاومت متغیر. در موتورهای دارای مدار تحریک سری، این مقاومت در مدار آرمیچر قرار می گیرد و اجازه می دهد تا سرعت چرخش 2-3 برابر کاهش یابد.

این گزینه برای مکانیسم هایی با برای مدت طولانیاز کار افتادن، زیرا رئوستات در حین کار بسیار داغ می شود. افزایش سرعت با قرار دادن یک رئوستات در مدار سیم پیچ هیجان انگیز ایجاد می شود.

برای موتورهای با مدار موازیتحریک در مدار آرمیچر، رئوستات نیز برای کاهش سرعت به نصف استفاده می شود. اگر یک مقاومت را به مدار سیم پیچ تحریک وصل کنید، این به شما امکان می دهد سرعت را تا 4 برابر افزایش دهید.

استفاده از رئوستات با انتشار گرما همراه است. بنابراین در طرح های مدرندر موتورها، رئوستات ها با عناصر الکترونیکی جایگزین می شوند که سرعت را بدون تولید گرمای زیاد کنترل می کنند.

در هر ضریب اقدام مفیدموتوری که با جریان مستقیم کار می کند تحت تأثیر قدرت آن است. موتورهای DC ضعیف ناکارآمد هستند و بازدهی حدود 40 درصد دارند در حالی که الکتروموتورهای 1 مگاواتی می توانند تا 96 درصد راندمان داشته باشند.

مزایای موتورهای DC

• ابعاد کلی کوچک
• کنترل های آسان
• طراحی ساده.
• امکان استفاده به عنوان مولد جریان.
• راه اندازی سریع، به ویژه برای موتورهایی با مدار تحریک متوالی.
• امکان تنظیم صاف سرعت چرخش شفت.

ایرادات

• برای اتصال و کارکرد باید یک منبع تغذیه DC مخصوص خریداری کنید.
• قیمت بالا.
• وجود مواد مصرفی به شکل برس های فرسوده مس-گرافیت و یک کموتاتور فرسوده که به طور قابل توجهی طول عمر را کاهش می دهد و نیاز به تعمیر و نگهداری دوره ای دارد.

دامنه استفاده

موتورهای DC به طور گسترده ای در وسایل نقلیه الکتریکی محبوب شده اند. چنین موتورهایی معمولاً در طرح های زیر گنجانده می شوند:

• وسایل نقلیه الکتریکی.
• لکوموتیوهای برقی.
• تراموا.
• قطار برقی.
• واگن برقی.
• مکانیسم های بلند کردن و حمل و نقل
• اسباب بازی های کودکان.
• تجهیزات صنعتی با نیاز به کنترل سرعت چرخش در محدوده وسیع.

برای تبدیل DC از موتورهای جریان مستقیم (موتورهای DC) استفاده می شود انرژی الکتریکیبه کارهای مکانیکی موتوری از این نوع اولین موتوری بود که از همه ماشین های الکتریکی دوار اختراع شد. اصل عملکرد آن از اواسط قرن گذشته شناخته شده است و تا به امروز آنها همچنان صادقانه به انسان خدمت می کنند و به حرکت در می آیند. مقدار زیادیماشین آلات و مکانیزم ها

در سال 1821، فارادی، با انجام آزمایشاتی در مورد برهمکنش هادی ها با جریان و آهنربا، دید که جریان الکتریکی باعث می شود هادی به دور آهنربا بچرخد. بنابراین، تجربه فارادی راه را برای ایجاد یک موتور الکتریکی هموار کرد. کمی بعد، توماس داونپورت، در سال 1833، اولین موتور الکتریکی چرخشی را ساخت و آن را در یک قطار مدل به حرکت درآورد. یک سال بعد، B. S. Jacobi اولین موتور الکتریکی DC جهان را ساخت که از اصل چرخش مستقیم قسمت متحرک موتور استفاده می کرد. و قبلاً در 13 سپتامبر 1838 ، در امپراتوری روسیه ، اولین قایق موتوری با 12 مسافر در امتداد نوا بر خلاف جریان حرکت کرد. چرخ های دارای تیغه توسط یک موتور الکتریکی به حرکت در می آمدند که جریان را از باتری 320 سلولی دریافت می کرد.

در سال 1886، موتور الکتریکی شبیه به نسخه های مدرن شد. متعاقباً هر چه بیشتر مدرن شد.

امروزه زندگی تمدن تکنولوژیکی ما بدون موتور الکتریکی کاملا غیرممکن است. تقریباً در همه جا استفاده می شود: در قطارها، واگن برقی ها، ترامواها. کارخانه ها و کارخانه ها از ماشین ها و دستگاه های الکتریکی قدرتمند استفاده می کنند. لوازم خانگی(چرخ گوشت برقی، غذاساز، چرخ قهوه، جاروبرقی) و غیره.

امروزه موتورهای DC آهنربای دائم به طور گسترده ای در این زمینه استفاده می شوند برنامه های کاربردی مختلف، که در آن ابعاد کوچک، قدرت بالا و هزینه کم اهمیت دارد. به دلیل سرعت چرخش خوب آنها اغلب همراه با گیربکس استفاده می شوند و در نتیجه سرعت کمو افزایش قابل توجه گشتاور.

موتورهای DC آهنربای دائمی موتورهایی هستند که کافی هستند دستگاه سادهو کنترل های اساسی با وجود این واقعیت که کنترل آنها بسیار ساده است، سرعت چرخش آنها توسط سیگنال کنترل تعیین نمی شود، زیرا به عوامل زیادی بستگی دارد، در درجه اول به بار اعمال شده به شفت، و ولتاژ DCتغذیه. رابطه بین گشتاور ایده آل موتور و سرعت خطی است، یعنی هر چه بار روی شفت بیشتر باشد، سرعت کمترو آمپر بیشتر در سیم پیچ.

اکثریت قریب به اتفاق موتورهای الکتریکی بر اساس فیزیک دافعه و جاذبه مغناطیسی کار می کنند. اگر سیمی را بین قطب شمال و جنوب آهنربا قرار دهید و جریان الکتریکی را از آن عبور دهید، شروع به فشرده شدن می کند.زیرا زمانی که یک میدان مغناطیسی در اطراف خود در تمام طول هادی ایجاد می کند. جهت این میدان را می توان با قانون gimlet تعیین کرد.

وقتی میدان مغناطیسی دایره‌ای یک رسانا با میدان یکنواخت آهن‌ربا در تعامل است، میدان بین قطب‌ها از یک طرف کاهش و از طرف دیگر افزایش می‌یابد. یعنی نیروی حاصله سیم را از میدان آهنربا در زاویه 90 درجه در جهت مطابق با . ، و مقدار با فرمول محاسبه می شود

که در آن B مقدار القای میدان مغناطیسی است. I - جریان در حال گردش در هادی؛ L - طول سیم

موتورهای الکتریکی کم مصرف از آهنرباهای دائمی استاندارد برای ایجاد میدان مغناطیسی ثابت استفاده می کنند. در مورد متوسط ​​و قدرت بالایک میدان مغناطیسی یکنواخت با استفاده از یک سیم پیچ تحریک ایجاد می شود.

اجازه دهید روند به دست آوردن حرکت مکانیکی با استفاده از الکتریسیته را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. در یک میدان مغناطیسی یکنواخت، یک قاب سیم را به صورت عمودی قرار دهید و آن را به یک منبع ولتاژ ثابت وصل کنید. قاب شروع به چرخش می کند و می رسد موقعیت افقی. که خنثی در نظر گرفته می شود، زیرا در آن اثر میدان بر هادی حامل جریان صفر است. برای اطمینان از اینکه حرکت متوقف نمی شود، باید حداقل یک فریم دیگر را با جریان قرار دهید و اطمینان حاصل کنید که جهت حرکت در لحظه مورد نیاز تغییر می کند.

یک موتور معمولی به جای یک قاب دارای یک آرمیچر با تعداد زیادی هادی که در شیارهای مخصوص گذاشته شده است و به جای آهنربای دائمی دارای یک استاتور با سیم پیچ تحریک با دو یا چند قطب است. شکل درست بالا مقطع الکتروموتور دو قطبی را نشان می دهد. اگر جریانی که از ما دور می‌شود از سیم‌های قسمت بالایی آرمیچر و در قسمت پایین به سمت ما عبور کند، طبق قانون سمت چپ، هادی‌های بالایی فشرده می‌شوند. میدان مغناطیسی استاتور به سمت چپ، و قسمت پایینی آرمیچر به سمت راست رانده می شود. زیرا سیم مسیدر شکاف های مخصوص آرمیچر قرار می گیرد، سپس تمام نیرو به آن منتقل می شود و می چرخد. بنابراین، هنگامی که هادی با جهت جریان "از ما" در پایین است و در مقابل قطب جنوب موتور ایجاد شده توسط استاتور قرار می گیرد، در آن فشرده می شود. سمت چپ، و ترمز شروع خواهد شد. برای جلوگیری از این امر، لازم است جهت جریان را در لحظه عبور از خط خنثی معکوس کنید. این با استفاده از یک کلکتور انجام می شود - یک سوئیچ مخصوص که سیم پیچ آرمیچر را با مدار متصل می کند.

بنابراین، سیم پیچ آرمیچر موتور، گشتاور را به شفت موتور DC منتقل می کند، که مکانیسم های کار را به حرکت در می آورد. از نظر ساختاری، همه موتورها از یک سلف و یک آرمیچر تشکیل شده اند که با یک شکاف هوا از هم جدا شده اند.

استاتور یک موتور الکتریکی برای ایجاد یک میدان مغناطیسی ثابت عمل می کند و از یک قاب، قطب های اصلی و اضافی تشکیل شده است. قاب برای بستن قطب های اصلی و اضافی طراحی شده است و به عنوان عنصری از مدار مغناطیسی عمل می کند. در قطب های اصلی سیم پیچ های تحریکی وجود دارد که برای ایجاد میدان مغناطیسی استفاده می شود؛ در قطب های اضافی سیم پیچ خاصی وجود دارد که برای بهبود شرایط سوئیچینگ استفاده می شود.

آرمیچر موتور شامل یک سیستم مغناطیسی ساخته شده از ورق های مجزا، یک سیم پیچ در حال کار که در شیارهای مخصوص قرار می گیرد و یک کلکتور برای تامین برق سیم پیچ کار می باشد.

کلکتور شبیه استوانه ای است که روی شفت ED نصب شده و از صفحات مسی جدا شده از یکدیگر ساخته شده است. بر روی کلکتور برآمدگی-خروس های مخصوصی وجود دارد که انتهای بخش های سیم پیچی به آنها لحیم می شود. جریان از کلکتور با استفاده از برس هایی که فراهم می کنند گرفته می شود تماس کشوییبا یک کلکسیونر برس ها در گیره های برس قرار می گیرند که آنها را در موقعیت خاصی نگه می دارد و فشار لازم را بر روی سطح کموتاتور ایجاد می کند. برس ها و جا برس ها روی تراورس نصب شده و به بدنه متصل می شوند.

کموتاتور پیچیده، گران قیمت و غیر قابل اطمینان ترین جزء یک موتور DC است. اغلب جرقه می زند، تداخل ایجاد می کند و با گرد و غبار برس ها مسدود می شود. و تحت بار سنگین می تواند همه چیز را محکم اتصال کوتاه کند. خود وظیفه اصلیولتاژ آرمیچر را به عقب و جلو تغییر دهید.

برای درک بهتر عملکرد کموتاتور، اجازه دهید به قاب یک حرکت چرخشی در جهت عقربه‌های ساعت بدهیم. در لحظه ای که قاب موقعیت A را می گیرد، حداکثر جریان در هادی های آن القا می شود، زیرا هادی ها از خطوط مغناطیسی نیرو عبور می کنند و عمود بر آنها حرکت می کنند.

جریان القایی از هادی B متصل به صفحه 2 به برس 4 می رسد و با عبور از یک مدار خارجی از برس 3 به هادی A برمی گردد. در این حالت برس سمت راست مثبت و برس چپ منفی خواهد بود.

چرخش بیشتر قاب (موقعیت B) دوباره منجر به القای جریان در هر دو هادی می شود. با این حال، جهت جریان در هادی‌ها برخلاف آن چیزی است که در موقعیت A داشتند. از آنجایی که صفحات کلکتور همراه با هادی‌ها می‌چرخند، برس 4 دوباره جریان الکتریکی را به مدار خارجی و از طریق برس 3 می‌دهد. جریان به قاب باز خواهد گشت.

بنابراین علیرغم تغییر جهت جریان موتور در خود هادی های دوار، به دلیل سوئیچینگ، جهت جریان در مدار خارجی تغییر نکرده است.

در لحظه بعدی (D)، قاب دوباره در خط خنثی، در هادی ها موقعیتی را اشغال می کند و دیگر جریانی در مدار خارجی جریان نخواهد داشت.

در فواصل زمانی بعدی، چرخه در نظر گرفته شده حرکات به همان ترتیب تکرار می شود، یعنی جهت جریان در مدار خارجی، به لطف کلکتور، همیشه ثابت می ماند و در همان زمان قطبیت برس ها حفظ خواهند شد.

مجموعه برس برای تامین برق سیم پیچ های روتور چرخان و جریان سوئیچ در سیم پیچ ها استفاده می شود. برس یک تماس ثابت است. صفحات تماس کموتاتور روتور را با فرکانس زیاد باز و بسته می کنند. برای کاهش جرقه دومی، استفاده کنید راه های مختلفکه اصلی ترین آن استفاده از قطب های اضافی است.

با افزایش شتاب، فرآیند بعدی آغاز می شود: سیم پیچ آرمیچر در سراسر میدان مغناطیسی استاتور حرکت می کند و یک EMF را در آن القا می کند، اما در مقابل آن چیزی است که موتور را می چرخاند. و در نتیجه جریان عبوری از آرمیچر به شدت کاهش می یابد و هر چه قوی تر باشد سرعت بیشتر می شود.

نمودارهای سوئیچینگ موتور. در اتصال موازیسیم پیچ، سیم پیچ آرمیچر از آن ساخته شده است مقدار زیادپیچ های سیم نازک سپس جریان سوئیچ شده توسط کلکتور کمتر خواهد شد و صفحات جرقه زیادی نخواهند زد. اگر سیم‌پیچ‌های استاتور و آرمیچر را به صورت سری متصل کنید، سیم‌پیچ سلف با یک هادی قطر بزرگ‌تر با چرخش کمتر ساخته می‌شود. بنابراین، نیروی مغناطیسی ثابت می ماند و عملکرد موتور افزایش می یابد.

موتورهای این نوع با برس، در اصل، به مدار کنترل جداگانه نیاز ندارند، زیرا تمام کموتاسیون های لازم در داخل موتور انجام می شود. در حین کار موتور الکتریکی، یک جفت برس استاتیک روی کموتاتور روتور چرخان می لغزند و سیم پیچ ها را فعال نگه می دارند. جهت چرخش توسط قطبیت ولتاژ تغذیه تعیین می شود. اگر لازم است موتور را فقط در یک جهت کنترل کنید، جریان تغذیه از طریق یک رله یا دیگر سوئیچ می شود روش ساده، و اگر در هر دو جهت باشد، از یک مدار کنترل ویژه استفاده می شود.

از معایب موتورهای این نوع می توان به سایش سریع مجموعه برس-کموتاتور اشاره کرد. مزایای - ویژگی های خوبشروع، تنظیم ساده فرکانس و جهت چرخش.

وجود سیم پیچ تحریک در موتور DC امکان پیاده سازی را فراهم می کند طرح های مختلفاتصالات بسته به نحوه اتصال سیم پیچ میدان (OW)، موتورهای DC با تحریک و خود تحریک مستقل وجود دارد که به نوبه خود به سری، موازی و مخلوط تقسیم می شود.

راه اندازی موتورهای این نوع به دلیل گشتاورهای بسیار زیاد و جریان های راه اندازی که در لحظه راه اندازی ایجاد می شود، پیچیده است. در DPT جریان های شروعمی تواند 10-40 برابر از مقادیر اسمی تجاوز کند. چنین اضافی قوی می تواند به راحتی سیم پیچ ها را بسوزاند. بنابراین، آنها سعی می کنند جریان های شروع را به سطح (1.5-2) I n محدود کنند

کار موتور آسنکرونبر اساس اصول برهمکنش فیزیکی میدان مغناطیسی ظاهر شده در استاتور با جریانی است که همان میدان در سیم پیچ روتور ایجاد می کند.

موتور سنکرون نوعی موتور الکتریکی است که فقط از آن کار می کند ولتاژ AC، در حالی که فرکانس چرخش روتور با فرکانس چرخش میدان مغناطیسی منطبق است. به همین دلیل است که بدون توجه به بار ثابت می ماند، زیرا روتور یک موتور سنکرون یک آهنربای الکتریکی معمولی است و تعداد جفت قطب های آن با تعداد جفت قطب های میدان مغناطیسی دوار منطبق است. بنابراین، تعامل این قطب ها ثبات سرعت زاویه ای را که روتور در آن می چرخد، تضمین می کند.

موتورهای الکتریکی وسایلی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، اما اینها قبلاً ژنراتور هستند. انواع مختلفی از موتورهای الکتریکی وجود دارد و بنابراین مدارهای کنترل موتور الکتریکی نیز بسیار متنوع است. بیایید به برخی از آنها نگاه کنیم