DC moottorit

Näissä sähkökäytöissä käytetään tasavirtasähkömoottoreita, joissa vaaditaan laajaa nopeudensäätöaluetta, suurta tarkkuutta taajuusmuuttajan pyörimisnopeuden ylläpitämisessä ja nopeudensäätöä nimellisnopeuden yläpuolella.

Kuinka tasavirtamoottorit toimivat?

Tasasähkömoottorin toiminta perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiö… Sähkötekniikan perusteista tiedetään, että sijoitetaan virtaa johtava johdin magneettikenttä, vasemman säännön määräämä voima toimii:

F = BIL,

missä I on johdon läpi kulkeva virta, V on magneettikentän induktio; L on langan pituus.

Kun lanka ylittää koneen magneettikenttäviivat sisäänpäin, se indusoituu sähkömotorinen voima, joka suhteessa johtimessa olevaan virtaan on suunnattu sitä vastaan, joten sitä kutsutaan vastakkaiseksi tai vastakkaiseksi (contra-d. d. s). Moottorin sähköteho muunnetaan mekaaniseksi tehoksi ja kuluu osittain langan lämmittämiseen.

Rakenteellisesti kaikki DC-sähkömoottorit koostuvat kelasta ja ankkurista, jotka on erotettu ilmavälillä.

Induktorisähkömoottorin tasavirta luo koneen kiinteän magneettikentän ja koostuu rungosta, pää- ja lisänavoista. Runkoa käytetään pää- ja apunapojen kiinnittämiseen ja se on osa koneen magneettipiiriä. Jännittävät kelat sijaitsevat päänapoissa, jotka on suunniteltu luomaan koneen magneettikenttä, lisänapoissa - erityinen kela kommutointiolosuhteiden parantamiseksi.

Ankkurisähkömoottorin tasavirta koostuu yksittäisistä levyistä kootusta magneettijärjestelmästä, uriin sijoitetusta työkelasta ja keräilijä palvelee lähestymistä työkelan vakiovirtaan.

Kerääjä on sylinteri, joka on asetettu moottorin akseliin ja valittu eristetyltä ystävältä kuparilevyille. Keräimessä on viritysulokkeet, joihin osien päihin juotetaan kela-ankkurit. Virran kerääminen kollektorista tapahtuu harjoilla, jotka tarjoavat liukuvan kosketuksen kollektoriin. Harjapidikkeisiin kiinnitetyt harjat, jotka pitävät ne tietyssä asennossa ja tarjoavat tarvittavan harjapaineen kerääjän pintaan. Harjat ja harjanpitimet on kiinnitetty poikkisuuntaan, yhdistetty rungon sähkömoottoriin.

Kommutointi DC-sähkömoottoreissa

Kun sähkömoottori on käynnissä, pyörivän kollektorin pinnalla liukuvat DC-harjat siirtyvät peräkkäin keruulevyltä toiselle. Tässä tapauksessa ankkurikäämin rinnakkaiset osat kytkeytyvät ja niissä oleva virta muuttuu. Virran muutos tapahtuu, kun käämin kierros on oikosuljettu harjalla. Tätä kytkentäprosessia ja siihen liittyviä ilmiöitä kutsutaan kommutaatioksi.

Kytkentähetkellä e indusoituu kelan oikosuljetussa osassa oman magneettikentän vaikutuksesta. jne. v. itseinduktio. Tuloksena oleva e. jne. c. aiheuttaa lisävirtaa oikosulkuun, mikä saa aikaan epätasaisen virrantiheyden jakautumisen harjojen kosketuspinnalla. Tätä seikkaa pidetään pääasiallisena syynä siihen, että kerääjä kiertyy harjan alla. Kommutoinnin laatu arvioidaan harjan takareunan alapuolella olevalla kipinöinnin asteikolla ja määräytyy kipinöintiasteen asteikolla.

Sähkömoottoreiden tasavirtaherätysmenetelmät

Sähkökoneista innostuneena ymmärrän niissä sähkömoottorin toiminnalle välttämättömän magneettikentän syntymisen... Kuvassa näkyvät virityssähkömoottoreiden tasavirtapiirit.

Tasavirtamoottoreiden virityspiirit: a — riippumaton, b — rinnakkais, c — sarja, d — sekoitettu

Herätysmenetelmän mukaan tasavirtasähkömoottorit jaetaan neljään ryhmään:

1. Itsenäisesti viritetty, kun NOV-virityskela saa virtansa ulkoisesta tasavirtalähteestä.

2. Rinnakkaisvirityksellä (shuntti), jossa herätekäämi SHOV on kytketty rinnan ankkurikäämin syöttölähteen kanssa.

3. Sarjavirityksellä (sarja), jossa IDS-virityskäämi on kytketty sarjaan ankkurikäämin kanssa.

4. Sekaviritysmoottorit, joissa on sarja IDS ja herätekäämin rinnakkainen SHOV.

Tasavirtamoottorien tyypit

Tasavirtamoottorit eroavat ensisijaisesti virityksen luonteesta. Moottorit voivat olla itsenäisiä, sarja- ja sekoitettuja viritteitä.Samanaikaisesti jännitys voidaan jättää huomiotta. Vaikka kenttäkäämi olisi kytketty samaan verkkoon, josta ankkuripiiri syötetään, niin myös tässä tapauksessa herätevirta ei riipu ankkurivirrasta, koska syöttöverkkoa voidaan pitää äärettömän tehon verkkona, ja jännite on pysyvä.

Kenttäkäämitys on aina kytketty suoraan verkkoon, joten lisävastuksen lisäämisellä ankkuripiiriin ei ole vaikutusta herätemoodiin. Sen olemassaolon erityispiirteet generaattoreiden rinnakkaisella virityksellä, se ei voi olla täällä.

Pienitehoiset tasavirtamoottorit käyttävät usein kestomagneettiherätystä. Samanaikaisesti moottorin käynnistyspiiri yksinkertaistuu merkittävästi, kuparin kulutus vähenee. On kuitenkin huomioitava, että vaikka kenttäkäämitys on kytketty pois päältä, magneettijärjestelmän mitat ja paino eivät ole pienempiä kuin koneen sähkömagneettisella virityksellä.

Moottoreiden ominaisuudet määräytyvät suurelta osin niiden järjestelmästä. jännitystä.

Mitä suurempi moottorin koko, sitä suurempi on luonnollinen vääntömomentti ja vastaavasti teho. Siksi suuremmalla pyörimisnopeudella ja samoilla mitoilla voit saada enemmän moottorin tehoa. Tältä osin DC-moottorit on yleensä suunniteltu, erityisesti pienellä teholla suurella nopeudella - 1000-6000 rpm.

Kannattaa kuitenkin muistaa, että tuotantokoneiden työkappaleiden pyörimisnopeus on huomattavasti pienempi. Siksi moottorin ja työkoneen väliin on asennettava vaihdelaatikko.Mitä korkeampi moottorin nopeus, sitä monimutkaisempi ja kalliimpi vaihteisto tulee. Suuritehoisissa asennuksissa, joissa vaihteisto on kallis yksikkö, moottorit suunnitellaan huomattavasti alhaisemmille nopeuksille.

On myös pidettävä mielessä, että mekaaninen vaihteisto aiheuttaa aina merkittävän virheen. Siksi tarkkuusasennuksissa on toivottavaa käyttää hidaskäyntisiä moottoreita, jotka voidaan liittää työkappaleisiin suoraan tai yksinkertaisimmalla voimansiirrolla. Tässä yhteydessä ilmestyi niin sanotut moottorit, joilla on suuri vääntömomentti alhaisilla pyörimisnopeuksilla. Näitä moottoreita käytetään laajalti metallinleikkauskoneissa, joissa ne on nivelletty syrjäytyskappaleilla ilman väliliitoksia kuularuuveilla.

Sähkömoottorit eroavat myös suunnittelultaan, kun merkit liittyvät niiden toimintaolosuhteisiin. Normaaleissa olosuhteissa käytetään ns. avoimia ja suojattuja moottoreita, ilmajäähdytteisiä huoneita, joihin ne asennetaan.

Ilmaa puhalletaan koneen kanavien kautta moottorin akselille sijoitetun tuulettimen avulla. Aggressiivisissa ympäristöissä käytetään suljettuja moottoreita, jotka on jäähdytetty ulkoisella ripapinnalla tai ulkoisella ilmavirralla. Lopuksi saatavilla on erityisiä räjähdysvaarallisia moottoreita.

Moottorin suunnittelua koskevat erityisvaatimukset esitetään, kun on tarpeen varmistaa korkea suorituskyky – nopea kiihdytys- ja hidastusprosessien virtaus. Tässä tapauksessa moottorilla on oltava erityinen geometria - ankkurin pieni halkaisija sen pitkän pituuden kanssa.

Käämityksen induktanssin vähentämiseksi sitä ei aseteta kanaviin, vaan sileän ankkurin pinnalle.Kela kiinnitetään liimalla, kuten epoksihartsilla. Pienellä kela-induktanssilla on oleellista, että kollektorin kommutointiolosuhteet paranevat, lisänapoja ei tarvita, voidaan käyttää pienempikokoista kollektoria. Jälkimmäinen vähentää edelleen moottorin ankkurin hitausmomenttia.

Vielä suuremmat mahdollisuudet mekaanisen hitauden vähentämiseen tarjoavat käyttöön onton ankkurin, joka on eristemateriaalista valmistettu sylinteri. Tämän sylinterin pinnalla on käämitys, joka on valmistettu tulostamalla, leimaamalla tai piirtämällä malliin erityisellä koneella. Kela on kiinnitetty liimamateriaalilla.

Pyörivän sylinterin sisällä polkujen luomiseksi tarvitaan teräsydin magneettivuon kulkua varten. Moottoreissa, joissa on sileät ja ontot ankkurit, käämien ja eristysmateriaalien viemisestä niihin johtuvan magneettipiirin rakojen lisääntymisen vuoksi tarvittava magnetointivoima vaaditun magneettivuon suorittamiseksi kasvaa merkittävästi. Vastaavasti magneettinen järjestelmä osoittautuu kehittyneemmäksi.

Pieniinertiaisiin moottoreihin kuuluu myös levy-ankkurimoottorit. Levyt, joille käämit asetetaan tai liimataan, valmistettu ohuesta eristävästä materiaalista, joka ei muodostuu, esimerkiksi lasi. Bipolaarisessa versiossa magneettijärjestelmä koostuu kahdesta puristimesta, joista toisessa on virityskelat. Ankkurikäämin alhaisen induktanssin vuoksi koneessa ei pääsääntöisesti ole kollektoria, ja virta poistetaan harjoilla suoraan käämityksestä.

On myös mainittava lineaarimoottorista, joka ei tarjoa pyörivää liikettä ja translaatiota.Se edustaa moottoria, magneettijärjestelmää, jossa se sijaitsee, ja navat on asennettu ankkurin liikelinjaan ja vastaavaan koneen työkappaleeseen. Ankkuri on yleensä suunniteltu matalahitausankkuriksi. Moottorin koko ja hinta ovat suuret, koska tarvitaan huomattava määrä pylväitä liikkumaan tietyllä tieosuudella.

DC-moottorien käynnistys

Moottorin käynnistyshetkellä ankkuri on paikallaan ja vastakkainen. jne. c. ankkurin jännite on nolla, joten Ip = U / Rya.

Ankkurin vastus on pieni, joten käynnistysvirta ylittää 10-20 kertaa tai enemmän nimellisarvoa. Tämä voi aiheuttaa merkittäviä sähködynaamiset ponnistelut ankkurikäämityksessä ja sen liiallisessa ylikuumenemisessa, jonka vuoksi moottoria aletaan käyttää käynnistysreostaatit — ankkuripiiriin sisältyvät aktiiviset vastukset.

Moottorit 1 kW:iin asti voidaan käynnistää suoraan.

Käynnistysreostaatin vastusarvo valitaan moottorin sallitun käynnistysvirran mukaan. Reostaatti valmistetaan vaiheittain sähkömoottorin käynnistyksen sujuvuuden parantamiseksi.

Käynnistyksen alussa syötetään reostaatin koko vastus. Kun ankkurin nopeus kasvaa, on vasta-e. d. s, joka rajoittaa käynnistysvirtoja.. Kun reostaatin vastus poistetaan vähitellen ankkuripiiristä, ankkuriin syötettävä jännite kasvaa.

Nopeudensäätö sähkömoottorin tasavirta

DC-moottorin nopeus:

jossa U on syöttöjännite; Iya - ankkurivirta; Ri on piirin ankkuriresistanssi; kc — magneettijärjestelmää kuvaava kerroin; F on sähkömoottorin magneettivuo.

Kaavasta voidaan nähdä, että sähkömoottorin tasavirran pyörimisnopeutta voidaan säätää kolmella tavalla: muuttamalla sähkömoottorin viritysvirtaa, muuttamalla sähkömoottoriin syötettyä jännitettä ja muuttamalla ankkuripiirien vastusta. .

Kaksi ensimmäistä ohjaustapaa ovat saaneet laajimman käytön, kolmatta menetelmää käytetään harvoin: se on epätaloudellinen ja moottorin nopeus riippuu merkittävästi kuormituksen vaihteluista. Tuloksena saadut mekaaniset ominaisuudet on esitetty kuvassa.

Tasavirtamoottorin mekaaniset ominaisuudet eri nopeudensäätömenetelmillä

Lihavoitu viiva on nopeuden luonnollinen riippuvuus akselin vääntömomentista tai, mikä on sama, ankkurivirrasta. Suora viiva, jolla on luonnolliset mekaaniset ominaisuudet, poikkeaa jonkin verran vaakasuuntaisesta katkoviivasta. Tätä poikkeamaa kutsutaan epävakaudeksi, epäjäykkyydeksi, joskus statismiksi. Ryhmä ei-rinnakkaisia ​​suoria I vastaa nopeuden säätöä virityksellä, rinnakkaiset suorat II saadaan ankkurijännitteen muuttamisen seurauksena, lopuksi puhallin III on seurausta aktiivisen vastuksen tuomisesta ankkuripiiriin.

Tasavirtamoottorin viritysvirran suuruutta voidaan ohjata reostaatilla tai millä tahansa laitteella, jonka resistanssin suuruutta voidaan muuttaa, kuten transistorilla. Kun vastus piirissä kasvaa, kenttävirta pienenee, moottorin nopeus kasvaa.Kun magneettivuo heikkenee, mekaaniset ominaisuudet ovat luonnollisia (eli ominaisuuksien yläpuolella, kun reostaattia ei ole) ylittävät. Moottorin nopeuden nousu lisää kipinöintiä harjojen alla. Lisäksi kun sähkömoottori toimii heikennetyllä vuolla, sen toiminnan vakaus heikkenee, erityisesti muuttuvilla akselikuormilla. Siksi nopeusrajoitukset tällä tavalla eivät ylitä 1,25 - 1,3 kertaa nimellisarvoa.

Jännitteensäätö vaatii vakiovirtalähteen, kuten generaattorin tai muuntimen. Samanlaista säätöä käytetään kaikissa teollisuuden sähkökäyttöjärjestelmissä: generaattori - tasavirtakäyttö (G - DPT), sähkökonevahvistin - tasavirtamoottori (EMU - DPT), magneettivahvistin - tasavirtamoottori (MU - DPT), tyristori muunnin — Tasavirtamoottori (T — DPT).

Pysäytä sähkömoottorit tasavirta

Tasasähkömoottorilla varustetuissa sähkökäytöissä käytetään kolmea jarrutusmenetelmää: dynaaminen, regeneratiivinen ja oppositiivinen jarrutus.

Dynaaminen jarrutus DC-moottori tehdään oikosulkemalla moottorin ankkurikäämitys tai käyttämällä vastus… Jossa DC-moottori alkaa toimia generaattorina ja muuttaa varastoituneen mekaanisen energian sähköenergiaksi. Tämä energia vapautuu lämpönä vastuksessa, jolle ankkurikäämi on suljettu. Dynaaminen jarrutus varmistaa tarkan moottorijarrutuksen.

Regeneratiivinen jarrutus DC-moottori toimii, kun verkkoon kytketty sähkömoottori pyörii käyttömekanismin avulla nopeudella, joka ylittää ihanteellisen joutokäyntinopeuden. Sitten d.moottorin käämiin indusoituneet jne. ylittävät verkkojännitteen arvon, moottorin käämityksen virta kääntää suunnan. Sähkömoottori toimii generaattoritilassa ja antaa energiaa verkkoon. Samanaikaisesti sen akselilla tapahtuu jarrutusmomentti. Tällainen tila voidaan saada nostomekanismien käyttöihin kuormaa laskettaessa, samoin kuin moottorin nopeutta säädettäessä ja jarrutusprosesseissa tasavirralla toimivissa sähkökäytöissä.

Tasavirtamoottorin regeneratiivinen jarrutus on taloudellisin tapa, koska tällöin sähkö palautetaan verkkoon. Metallinleikkauskoneiden sähkökäytössä tätä menetelmää käytetään nopeuden säätämiseen G — DPT ja EMU — DPT järjestelmissä.

Opposition DC-moottori pysäytetään muuttamalla ankkurikäämin jännitteen ja virran napaisuutta. Kun ankkurivirta on vuorovaikutuksessa virityskäämin magneettikentän kanssa, syntyy jarrutusmomentti, joka pienenee sähkömoottorin pyörimisnopeuden pienentyessä. Kun sähkömoottorin nopeus laskee nollaan, sähkömoottori on irrotettava verkosta, muuten se alkaa pyöriä vastakkaiseen suuntaan.