DC motory

Jednosmerné elektromotory sa používajú v týchto elektrických pohonoch tam, kde je potrebný veľký rozsah regulácie otáčok, vysoká presnosť udržiavania otáčok pohonu a regulácia otáčok nad menovitými otáčkami.

Ako fungujú DC motory?

Prevádzka jednosmerného elektromotora je založená na fenomén elektromagnetickej indukcie… Zo základov elektrotechniky je známe, že je umiestnený vodič s prúdom magnetické pole, sila určená ľavým pravidlom pôsobí:

F = BIL,

kde I je prúd pretekajúci drôtom, V je indukcia magnetického poľa; L je dĺžka drôtu.

Keď drôt pretína magnetické siločiary stroja smerom dovnútra, indukuje sa elektromotorická sila, ktorý vo vzťahu k prúdu vo vodiči smeruje proti nemu, preto sa nazýva opačný alebo opačný (kontra-d. d. s). Elektrická energia v motore sa premieňa na mechanickú energiu a čiastočne sa spotrebuje zahrievaním drôtu.

Konštrukčne sa všetky jednosmerné elektromotory skladajú z tlmivky a kotvy oddelené vzduchovou medzerou.

Indukčný elektromotor jednosmerný prúd slúži na vytvorenie stacionárneho magnetického poľa stroja a skladá sa z rámu, hlavného a prídavného pólu. Rám slúži na upevnenie hlavného a pomocného pólu a je prvkom magnetického obvodu stroja. Budiace cievky sú umiestnené na hlavných póloch určených na vytváranie magnetického poľa stroja, na prídavných póloch - špeciálnej cievke na zlepšenie komutačných podmienok.

Jednosmerný elektrický motor kotvy pozostáva z magnetického systému zostaveného z jednotlivých plechov, pracovnej cievky umiestnenej v drážkach a zberateľ slúži na priblíženie konštantného prúdu pracovnej cievky.

Zberač je valec nabodnutý na hriadeli motora a vybraný z izolovaného priateľa priateľom na medených platniach. Zberač má napínacie výstupky, ku ktorým sú na koncoch sekcií prispájkované cievkové armatúry. Zber prúdu z kolektora sa vykonáva pomocou kief, ktoré zabezpečujú posuvný kontakt s kolektorom. Kefy upevnené v držiakoch kefiek, ktoré ich držia v určitej polohe a zabezpečujú potrebný tlak kefy na povrch kolektora. Kefy a držiaky kief sú upevnené na traverze, spojené s elektromotorom karosérie.

Komutácia v jednosmerných elektromotoroch

Keď je elektromotor v chode, jednosmerné kefy kĺzavé po povrchu rotujúceho kolektora prechádzajú postupne z jednej kolektorovej dosky na druhú. V tomto prípade sa prepínajú paralelné úseky vinutia kotvy a mení sa prúd v nich. K zmene prúdu dochádza, keď je závit cievky skratovaný kefou. Tento proces prepínania a súvisiace javy sa nazývajú komutácia.

V momente spínania sa vplyvom vlastného magnetického poľa indukuje e v skratovanom úseku cievky. atď. v. samoindukcia. Výsledný e. atď. c) spôsobí dodatočný prúd v skrate, čím sa vytvorí nerovnomerné rozloženie prúdovej hustoty na kontaktnej ploche kief. Táto okolnosť sa považuje za hlavný dôvod vzniku oblúka kolektora pod kefou. Kvalita komutácie sa posudzuje podľa stupňa iskrenia pod zadnou hranou kefy a je určená stupnicou stupňa iskrenia.

Spôsoby budenia elektromotorov jednosmerným prúdom

Budené elektrickými strojmi, chápem vytváranie magnetického poľa v nich, potrebného pre činnosť elektromotora... Obvody pre budiace elektromotory jednosmerný prúd znázornené na obrázku.

Obvody na budenie jednosmerných motorov: a — nezávislé, b — paralelné, c — sériové, d — zmiešané

Podľa spôsobu budenia sú jednosmerné elektromotory rozdelené do štyroch skupín:

1. Nezávisle budené tam, kde je budiaca cievka NOV napájaná externým jednosmerným zdrojom.

2. S paralelným budením (shunt), pri ktorom je budiace vinutie SHOV zapojené paralelne s napájacím zdrojom vinutia kotvy.

3. So sériovým budením (sériovým), kde je budiace vinutie IDS zapojené do série s vinutím kotvy.

4. Motory so zmiešaným budením (kombinované), ktoré majú sériové IDS a paralelné SHOV budiaceho vinutia.

Typy jednosmerných motorov

Jednosmerné motory sa líšia predovšetkým charakterom budenia. Motory môžu byť nezávislého, sériového a zmiešaného budenia.Paralelne môže byť vzrušenie zanedbané. Aj keď je budiace vinutie pripojené k rovnakej sieti, z ktorej je napájaný obvod kotvy, potom aj v tomto prípade budiaci prúd nezávisí od prúdu kotvy, pretože napájaciu sieť možno považovať za sieť s nekonečným výkonom a napätie je trvalé.

Budiace vinutie je vždy pripojené priamo k sieti a preto zavedenie dodatočného odporu do obvodu kotvy nemá žiadny vplyv na režim budenia. Špecifiká, že existuje s paralelným budením v generátoroch, to tu nemôže byť.

Jednosmerné motory s nízkym výkonom často používajú budenie permanentným magnetom. Súčasne sa výrazne zjednoduší obvod na zapnutie motora, zníži sa spotreba medi. Treba však poznamenať, že hoci je budiace vinutie vypnuté, rozmery a hmotnosť magnetického systému nie sú nižšie ako pri elektromagnetickom budení stroja.

Vlastnosti motorov do značnej miery určuje ich systém. vzrušenie.

Čím väčšia je veľkosť motora, tým väčší je prirodzený krútiaci moment a teda aj výkon. Preto s vyššou rýchlosťou otáčania a rovnakými rozmermi môžete získať väčší výkon motora. V tomto ohľade sú spravidla navrhnuté jednosmerné motory, najmä s nízkym výkonom pri vysokej rýchlosti - 1 000 - 6 000 ot / min.

Treba však mať na pamäti, že rýchlosť otáčania pracovných telies výrobných strojov je výrazne nižšia. Preto musí byť medzi motor a pracovný stroj nainštalovaná prevodovka.Čím vyššie sú otáčky motora, tým je prevodovka zložitejšia a drahšia. Vo vysokovýkonných inštaláciách, kde je prevodovka drahá jednotka, sú motory navrhnuté na výrazne nižšie otáčky.

Treba tiež mať na pamäti, že mechanická prevodovka vždy prináša významnú chybu. Preto je v presných inštaláciách žiaduce použiť nízkootáčkové motory, ktoré by mohli byť pripojené k pracovným orgánom priamo alebo prostredníctvom najjednoduchšieho prevodu. V tejto súvislosti sa objavili takzvané motory s vysokým krútiacim momentom pri nízkych otáčkach. Tieto motory sú široko používané v strojoch na obrábanie kovov, kde sú kĺbovo spojené s posuvnými telesami bez akýchkoľvek medziľahlých spojení pomocou guľôčkových skrutiek.

Elektromotory sa tiež líšia v dizajne, keď sa znaky vzťahujú na podmienky ich prevádzky. Pre bežné podmienky sa používajú takzvané otvorené a chránené motory, vzduchom chladené miestnosti, v ktorých sú inštalované.

Vzduch je vháňaný potrubím stroja pomocou ventilátora umiestneného na hriadeli motora. Uzavreté motory chladené vonkajším rebrovaným povrchom alebo vonkajším prúdom vzduchu sa používajú v agresívnom prostredí. Nakoniec sú k dispozícii špeciálne motory s výbušnou atmosférou.

Špecifické požiadavky na konštrukciu motora sa uvádzajú vtedy, keď je potrebné zabezpečiť vysoký výkon — rýchly priebeh procesov zrýchlenia a spomalenia. V tomto prípade musí mať motor špeciálnu geometriu — malý priemer kotvy s jej dlhou dĺžkou.

Aby sa znížila indukčnosť vinutia, nie je položená v kanáloch a na povrchu hladkej armatúry.Cievka je upevnená lepidlami, ako je epoxidová živica. Pri nízkej indukčnosti cievky je nevyhnutné, aby sa zlepšili komutačné podmienky kolektora, nie sú potrebné ďalšie póly, možno použiť kolektor menších rozmerov. Ten ďalej znižuje moment zotrvačnosti kotvy motora.

Ešte väčšie možnosti na zníženie mechanickej zotrvačnosti poskytuje použitie dutej kotvy, čo je valec z izolačného materiálu. Na povrchu tohto valca je umiestnený návin vyrobený tlačou, razením alebo kreslením na šablónu na špeciálnom stroji. Cievka je upevnená lepiacimi materiálmi.

Vo vnútri rotujúceho valca na vytváranie dráh je potrebné oceľové jadro na prechod magnetického toku. V motoroch s hladkými a dutými kotvami sa v dôsledku zväčšenia medzier v magnetickom obvode v dôsledku zavedenia vinutí a izolačných materiálov do nich výrazne zvyšuje potrebná magnetizačná sila na vedenie požadovaného magnetického toku. V súlade s tým sa magnetický systém ukazuje ako rozvinutejší.

Motory s nízkou zotrvačnosťou zahŕňajú aj motory s kotúčovou kotvou. Disky, na ktorých sú vinutia aplikované alebo prilepené, vyrobené z tenkého izolačného materiálu, ktorý sa nedeformuje, napríklad zo skla. Magnetický systém v bipolárnej verzii pozostáva z dvoch svoriek, z ktorých jedna obsahuje budiace cievky. V dôsledku nízkej indukčnosti vinutia kotvy stroj spravidla nemá kolektor a prúd je odvádzaný kefami priamo z vinutia.

Treba spomenúť aj lineárny motor, ktorý neposkytuje rotačný a translačný pohyb.Predstavuje motor, magnetický systém, na ktorom je umiestnený a póly sú namontované na línii pohybu kotvy a zodpovedajúceho pracovného tela stroja. Kotva je zvyčajne navrhnutá ako kotva s nízkou zotrvačnosťou. Veľkosť a cena motora sú veľké, pretože na zabezpečenie pohybu po danom úseku cesty je potrebný značný počet stĺpov.

Štartovanie jednosmerných motorov

V počiatočnom momente spustenia motora je kotva stacionárna a opačná. atď. c) napätie v kotve je rovné nule, preto Ip = U / Rya.

Odpor obvodu kotvy je malý, takže nábehový prúd presahuje 10-20 krát alebo viac nominálnych hodnôt. To môže spôsobiť významné elektrodynamické úsilie vo vinutí kotvy a jej nadmerné prehrievanie, kvôli ktorému sa motor začína používať štartovacie reostaty — aktívne odpory zahrnuté v obvode kotvy.

Motory do 1 kW je možné spustiť priamo.

Hodnota odporu štartovacieho reostatu sa volí podľa prípustného štartovacieho prúdu motora. Reostat sa vyrába v etapách na zlepšenie plynulosti štartovania elektromotora.

Na začiatku štartu sa zadá celý odpor reostatu. Keď sa rýchlosť kotvy zvyšuje, dochádza k proti-e. d. s, ktorý obmedzuje zapínacie prúdy.Postupným odstraňovaním odporu reostatu z obvodu kotvy sa zvyšuje napätie privádzané do kotvy.

Jednosmerný elektrický motor s reguláciou otáčok

Rýchlosť jednosmerného motora:

kde U je napájacie napätie; Iya — prúd kotvy; Ri je odpor kotvy obvodu; kc — koeficient charakterizujúci magnetický systém; F je magnetický tok elektromotora.

Zo vzorca je zrejmé, že rýchlosť otáčania jednosmerného prúdu elektromotora možno nastaviť tromi spôsobmi: zmenou budiaceho toku elektromotora, zmenou napätia dodávaného do elektromotora a zmenou odporu v obvodoch kotvy. .

Prvé dva spôsoby ovládania sú najrozšírenejšie, tretí spôsob sa používa zriedka: je neekonomický a otáčky motora výrazne závisia od kolísania zaťaženia. Výsledné mechanické vlastnosti sú znázornené na obr.

Mechanické charakteristiky jednosmerného motora s rôznymi spôsobmi riadenia rýchlosti

Hrubá čiara je prirodzená závislosť otáčok od krútiaceho momentu hriadeľa alebo, čo je to isté, od prúdu kotvy. Priamka s prirodzenými mechanickými charakteristikami sa trochu odchyľuje od horizontálnej prerušovanej čiary. Táto odchýlka sa nazýva nestabilita, nerigidita, niekedy etatizmus. Skupina neparalelných priamok I zodpovedá regulácii otáčok budením, paralelné priamky II sa získajú ako výsledok zmeny napätia kotvy, nakoniec ventilátor III je výsledkom zavedenia aktívneho odporu do obvodu kotvy.

Veľkosť budiaceho prúdu jednosmerného motora môže byť riadená pomocou reostatu alebo akéhokoľvek zariadenia, ktorého odpor sa môže meniť vo veľkosti, ako je napríklad tranzistor. Keď sa odpor v obvode zvyšuje, prúd poľa klesá, otáčky motora sa zvyšujú.Keď magnetický tok zoslabne, mechanické charakteristiky sú nad prirodzenými charakteristikami (tj nad charakteristikami v neprítomnosti reostatu). Zvýšenie otáčok motora vedie k zvýšeniu iskrenia pod kefami. Okrem toho, keď elektromotor pracuje s oslabeným tokom, stabilita jeho prevádzky klesá, najmä pri premenlivom zaťažení hriadeľa. Preto limity riadenia rýchlosti týmto spôsobom nepresahujú 1,25 - 1,3 násobok nominálnej hodnoty.

Regulácia napätia vyžaduje zdroj konštantného prúdu, ako je generátor alebo menič. Podobná regulácia sa používa vo všetkých priemyselných elektrických pohonných systémoch: generátor - jednosmerný pohon (G - DPT), zosilňovač elektrického stroja - jednosmerný motor (EMU - DPT), magnetický zosilňovač - jednosmerný motor (MU - DPT), tyristorový menič — Jednosmerný motor (T – DPT).

Zastavte elektromotory jednosmerný prúd

V elektrických pohonoch s jednosmernými elektromotormi sa používajú tri spôsoby brzdenia: dynamické, regeneratívne a opozičné brzdenie.

Dynamické brzdenie jednosmerného motora sa vykonáva skratovaním vinutia kotvy motora alebo pomocou odpor… V ktorom jednosmerný motor začne pracovať ako generátor, ktorý premieňa uloženú mechanickú energiu na elektrickú energiu. Táto energia sa uvoľňuje ako teplo v odpore, voči ktorému je uzavreté vinutie kotvy. Dynamické brzdenie zaisťuje presné brzdenie motorom.

Rekuperačné brzdenie jednosmerný motor vykonáva pri pripojení k elektrickej sieti elektromotor sa otáča hnacím mechanizmom rýchlosťou presahujúcou ideálne voľnobežné otáčky. Potom d.atď. indukované vo vinutí motora prekročia hodnotu sieťového napätia, prúd vo vinutí motora zmení smer. Elektrický motor pracuje v režime generátora a dodáva energiu do siete. Súčasne na jeho hriadeli vzniká brzdný moment. Takýto režim možno dosiahnuť v pohonoch zdvíhacích mechanizmov pri spúšťaní bremena, ako aj pri regulácii otáčok motora a pri brzdných procesoch v elektrických pohonoch s jednosmerným prúdom.

Rekuperačné brzdenie jednosmerného motora je najhospodárnejšia metóda, pretože v tomto prípade sa elektrina vracia do siete. V elektrickom pohone kovoobrábacích strojov sa táto metóda používa na reguláciu rýchlosti v systémoch G — DPT a EMU — DPT.

Zastavenie opozičného jednosmerného motora sa vykonáva zmenou polarity napätia a prúdu vo vinutí kotvy. Pri interakcii prúdu kotvy s magnetickým poľom budiacej cievky vzniká brzdný moment, ktorý klesá so znižovaním rýchlosti otáčania elektromotora. Keď otáčky elektromotora klesnú na nulu, treba elektromotor odpojiť od siete, inak sa začne otáčať opačným smerom.