Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Ерата на електродвигателите датира от 30-те години на XIX век, когато Фарадей експериментално доказа способността за въртене на проводник, през който преминава ток около постоянен магнит. По този принцип Thomas Davenport е проектирал и тествал първия DC двигател. Изобретателят инсталира устройството си на съществуващия модел на влака, като по този начин доказва ефективността на електродвигателя.

Практическото приложение на ДПТ е намерено от Б. С. Якоби, което го поставя на лодка, за да завърти ножовете. Източникът на текущия учен служил на 320 галванични клетки. Въпреки тежкото оборудване, лодката можеше да отплава срещу течението, транспортирайки 12 пътници на борда.

Само в края на XIX век започва да се оборудват промишлени машини с синхронни електродвигатели. Това беше улеснено от осъзнаването на принципа за превръщане на механичната енергия в електричество чрез мотор с постоянен ток. Тоест, използвайки електромотор в генераторен режим, успяхме да получим електроенергия, чиято продукция се оказа значително по-евтина от цената на производството на галванични клетки. Оттогава електрическите двигатели са подобрени и започват да придобиват силни позиции във всички области на нашия живот.

Устройство и описание на DPT

Структурно двигателят за постоянен ток е проектиран съгласно принципа на взаимодействие на магнитните полета.

Най-простият DPT се състои от следните основни възли:

  1. Две намотки с последователно свързани жила. Този дизайн се намира на шахтата и образува възел, наречен ротор или котва.
  2. Два постоянни магнита, обърнати с различни полюси към намотките. Те изпълняват задачата на фиксиран статор.
  3. Колектор - две полукръгли, изолирани плочи, разположени на вала на ДПТ.
  4. Два фиксирани контактни елемента (четки), предназначени за предаване на електрически ток през колектора към възбуждащите намотки.
Фигура 1. Схематично представяне на най-простия DC двигател.

Горният пример е по-скоро работещ модел на колекторен двигател. На практика такива устройства не се прилагат. Факт е, че такъв двигател е твърде малък. Той работи резко, особено при свързване на механично натоварване.

Статор (индуктор)

В моделите на мощни съвременни DC двигатели, статори се използват, те също са индуктори, под формата на намотки, навити на ядра. Когато електрическата верига е затворена, образуването на линии на магнитно поле възниква под действието на произтичащата електромагнитна индукция.

За захранване на намотките на индуктора DPT могат да се използват различни електрически схеми:

  • с независимо възбуждане на намотките;
  • връзка, паралелна на намотките на котвата;
  • варианти с последователно възбуждане на роторни и статорни намотки;
  • смесена връзка.

Диаграмите за свързване могат да се видят ясно на фигура 2.

Фигура 2. Диаграми на свързване на статорни намотки

Всеки метод има своите предимства и недостатъци. Често методът на свързване се диктува от условията, при които се очаква функционирането на DC мотора. По-специално, ако е необходимо да се намали дъгата на колектора, използвайте паралелна връзка. За увеличаване на въртящия момент е по-добре да се използват вериги с последователно свързване на намотки. Наличието на високи пускови токове създава повишена електрическа мощност по време на пускане на двигателя. Този метод е подходящ за двигател с постоянен ток, който работи интензивно в краткосрочен режим, например за стартер. В този режим на работа частите на електродвигателя нямат време за прегряване, така че износването им е незначително.

Ротор (котва)

В примера на примитивния електромотор, описан по-горе, роторът се състои от двупосочна арматура на една намотка, с различни полюси. Конструкцията осигурява въртене на вала на двигателя.

В описаното устройство има значителен недостатък: когато спрете въртенето на арматурата, нейните намотки заемат стабилно положение. За да се рестартира електрическият двигател, е необходимо да се съобщи някакъв въртящ момент на вала.

Този сериозен недостатък е лишен от котва с три и голям брой намотки. Фигура 3 показва изображението на ротор с три намотки и Фиг. 4 - котва с голям брой намотки.

Фигура 3. Ротор с три намотки
Фигура 4. Котва с много намотки

Такива ротори често се срещат в малки електродвигатели с ниска мощност.

За изграждането на мощни тягови двигатели и с цел повишаване на стабилността на честотата на въртене се използва арматура с голям брой намотки. Схема на такъв двигател е показана на фигура 5.

Фигура 5. Схема на електрически мотор с котви с много намотки

колектор

Ако към щифтовете за навиване на ротора е свързано захранване с постоянен ток, котвата ще поеме половин оборот и ще спре. За да продължите процеса на въртене е необходимо да промените полярността на входния ток. Устройство, което изпълнява функцията на превключващ ток, за да промени полярността на клемите на намотките, се нарича колектор.

Най-простият колектор се състои от две изолирани полукръгли плочи. Всеки от тях в определен момент в контакт с четката, което облекчава напрежението. Една ламела винаги е свързана с плюс, а втората - с минус. Когато валът се върти на 180º, колекторните плочи се сменят, в резултат на което се появява нова комутация с промяна на полярността.

Същият принцип на превключване на намотките на мощност се използва във всички колектори, включително в устройства с голям брой ламели (двойка за всяка намотка). По този начин колекторът осигурява превключване, необходимо за непрекъснато въртене на ротора.

В съвременните колекторни конструкции ламелите са подредени в кръг по такъв начин, че всяка плоча на съответната двойка е на диаметрално противоположната страна. Анкерната верига се превключва в резултат на промяна на положението на вала.

Принцип на действие

Дори от училище си спомняме, че жив проводник, разположен между полюсите на един магнит, има сила на натиск. Това се случва, защото около жицата се образува магнитно поле по цялата му дължина. В резултат на взаимодействието на магнитните полета възниква получената сила "Амперов":

F = B × I × L, където B означава величината на магнитната индукция на полето, I е ток, L е дължината на проводника.

Амперовата вектор винаги е перпендикулярна на линиите на магнитния поток между полюсите. Схематично принципът на действие е показан на фиг. 6.

Фиг. 6. Принципът на DPT

Ако вместо директен проводник вземем контурен кадър и го свържем към токовия източник, тогава той ще се обърне на 180 ° и ще се спре в такава позиция, че получената сила ще бъде равна на 0. Да се опитаме да натиснем рамката. Тя се връща в изходната позиция.

Променете полярността на тока и опитайте отново: рамката е направила още половин оборот. Логично е да се предположи, че е необходимо да се променя посоката на тока всеки път, когато съответните обороти на намотките преминават през точките на смяна на полюсите на магнитите. За тази цел е създаден колекторът.

Схематично можете да си представите всяка навита котва под формата на отделна контурна рамка. Ако има няколко намотки, тогава във всеки момент от времето един от тях се приближава до магнита на статора и се влияе от силата на плаваемост. По този начин се поддържа непрекъснато въртене на котвата.

Видове DPT

Съществуващите постояннотокови двигатели могат да бъдат класифицирани според две основни характеристики: от наличието или отсъствието на монтаж на четка-колектор в конструкцията на двигателя и от вида на магнитната система на статора.

Помислете за основните разлики.

Чрез наличието на четка-колектор

Двигателите за постоянен ток за превключване на намотки, които използват възли с четкови колектори, се наричат колекторни. Те обхващат широка гама от модели електрически двигатели. Съществуват двигатели, в изграждането на които се използват до 8 четкови възли.

Функциите на ротора могат да изпълняват постоянен магнит, а токът от електрическата мрежа се подава директно към намотките на статора. В това изпълнение няма нужда от колектор и проблемите, свързани с превключването, се решават по електронен път.

При такива безчеткови двигатели се елиминира един от недостатъците - искрене, което води до интензивно износване на колекторните плочи и четки. Освен това те са по-прости за поддържане и запазване на всички полезни характеристики на DCF: лекота на управление, свързана с контрол на скоростта, висока ефективност и други показатели. Безчеткови двигатели се наричат вентилни двигатели.

По вид конструкция на магнитната система на статора

При конструирането на синхронни двигатели има модели с постоянни магнити и DC с намотки за възбуждане. Често се срещат електрически двигатели от серия, в които се използват статори с възбуждащ поток от намотките. Те осигуряват стабилна скорост на въртене на валовете, висока номинална механична мощност.

Методите за свързване на статорните намотки бяха обсъдени по-горе. Още веднъж подчертаваме, че електрическите и тяговите характеристики на DC двигателите зависят от избора на електрическата схема. Те са различни в серийни намотки и в рулони с паралелно възбуждане.

управление

Не е трудно да се разбере, че ако се промени полярността на напрежението, посоката на въртене на котвата също ще се промени. Това улеснява управлението на двигателя чрез манипулиране на полярността на четките.

Механични характеристики

Разгледайте графика на честотата срещу момента на силата върху вала. Виждаме права линия с отрицателен наклон. Това директно изразява механичната характеристика на DC двигател. За изграждането му изберете определено фиксирано напрежение, сумирано за захранване на намотките на ротора.

Примери за механични характеристики на DCT независимо възбуждане

Контролна характеристика

Същият директен, но вървящ с положителен наклон, е графика на честотата на въртене на котвата от захранващото напрежение. Това е регулиращата характеристика на синхронния двигател.

Изграждането на посочения график се извършва в определен момент, разработена от ДПТ.

Пример за характеристиките на регулиране на двигателя с контрол на котвата

Поради линейността на характеристиките, управлението на DC двигателите е опростено. Тъй като силата F е пропорционална на тока, чрез промяна на нейната стойност, например чрез променливо съпротивление, е възможно да се регулират параметрите на двигателя.

Регулирането на скоростта на ротора се извършва лесно чрез промяна на напрежението. В колекторните двигатели, използващи стартови резистори, се постига плавно увеличение на скоростта, което е особено важно за тяговите двигатели. Той е и един от ефективните методи на спиране. Освен това в режим на забавяне синхронният електродвигател генерира електрическа енергия, която може да се върне в мрежата.

Области на приложение

Да се изброят всички области на приложение на електрическите двигатели могат да бъдат безкрайно дълги. Например само няколко от тях:

  • домакински и промишлени електроинструменти;
  • автомобилната индустрия - стъкла, вентилатори и друга автоматика;
  • Трамваи, тролейбуси, електрически автомобили, кранове и други механизми, за които са важни високи тягови характеристики.

Предимства и недостатъци

Предимствата включват:

  • Линейната зависимост на характеристиките на постояннотокови електродвигатели (прави) опростява контрола;
  • Лесно регулируема скорост;
  • добри начални характеристики;
  • компактен размер.

При асинхронни двигатели, които са АС двигатели, е много трудно да се постигнат такива характеристики.

недостатъци:

  • колектор с ограничени ресурси и четки;
  • допълнителна загуба на време за превантивна поддръжка, свързана с поддръжката на възли за колекторни четки;
  • поради факта, че използваме мрежи с променливо напрежение, става необходимо да се коригира тока;
  • скъпи за производство на котви.

Според изброените параметри победителите са асинхронните двигатели. Въпреки това, в много случаи, използването на DC двигател е единствената възможна опция, която не изисква сложността на електрическата верига.

Видео в допълнение към написаното

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория: