Принцип действия двигателей постоянного тока: Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока | Полезные статьи

Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.

Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.

Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.

Содержание:

  • История изобретения
  • Устройство и принцип работы
  • Основной принцип
  • Конструкция
  • Пусковые токи
  • Схемы подключения
  • Регулировка вращения
  • Реверсирование
  • Сфера применения
  • Достоинства и недостатки

Электродвигатель постоянного и переменного тока

История изобретения

Электродвигатель Якоби.

Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания.

Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.

Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:

  1. После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
  2. Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
  3. После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.

    1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея

Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.

Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.

В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины

Устройство и принцип работы

В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.

Основной принцип

Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:

  1. Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
  2. Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
  3. Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.

Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:

  • Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
  • Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
  • Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.

Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.

Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.

Конструкция

Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:

  1. Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
  2. Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.

Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.

Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:

  1. В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
  2. По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
  3. Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
  4. Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.

Детали электродвигателя постоянного тока

Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.

В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.

Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».

Пусковые токи

Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:

  • защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
  • провода обмотки сгорят от перегрузки;
  • секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.

Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.

Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.

Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:

  1. Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
  2. После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
  3. После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».

Схемы подключения

Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.

У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.

Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:

  1. Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т. п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
  2. Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
  3. Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.

В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.

Регулировка скорости вращения

Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:

  1. В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
  2. При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.

Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.

Реверсирование

Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:

  • при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
  • при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Достоинства и недостатки

Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.

Основные достоинства:

  • ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
  • скорость вращения якоря легко регулируется;
  • двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.

Главные недостатки:

  • ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
  • использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
  • для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.

Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.

Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.

Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.

Содержание:

  • История изобретения
  • Устройство и принцип работы
  • Основной принцип
  • Конструкция
  • Пусковые токи
  • Схемы подключения
  • Регулировка вращения
  • Реверсирование
  • Сфера применения
  • Достоинства и недостатки

Электродвигатель постоянного и переменного тока

История изобретения

Электродвигатель Якоби.

Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.

Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:

  1. После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
  2. Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
  3. После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.

    1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея

Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.

Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.

В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины

Устройство и принцип работы

В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.

Основной принцип

Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:

  1. Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
  2. Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
  3. Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.

Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:

  • Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
  • Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
  • Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.

Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.

Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.

Конструкция

Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:

  1. Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
  2. Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.

Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.

Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:

  1. В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
  2. По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
  3. Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
  4. Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.

Детали электродвигателя постоянного тока

Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.

В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.

Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».

Пусковые токи

Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:

  • защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
  • провода обмотки сгорят от перегрузки;
  • секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.

Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.

Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.

Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:

  1. Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
  2. После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
  3. После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».

Схемы подключения

Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.

У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.

Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:

  1. Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т.п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
  2. Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
  3. Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.

В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.

Регулировка скорости вращения

Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:

  1. В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
  2. При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.

Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.

Реверсирование

Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:

  • при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
  • при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Достоинства и недостатки

Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.

Основные достоинства:

  • ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
  • скорость вращения якоря легко регулируется;
  • двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.

Главные недостатки:

  • ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
  • использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
  • для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.

Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.

Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.

Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.

Содержание:

  • История изобретения
  • Устройство и принцип работы
  • Основной принцип
  • Конструкция
  • Пусковые токи
  • Схемы подключения
  • Регулировка вращения
  • Реверсирование
  • Сфера применения
  • Достоинства и недостатки

Электродвигатель постоянного и переменного тока

История изобретения

Электродвигатель Якоби.

Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.

Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:

  1. После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
  2. Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
  3. После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.

    1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея

Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.

Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.

В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины

Устройство и принцип работы

В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.

Основной принцип

Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:

  1. Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
  2. Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
  3. Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.

Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:

  • Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
  • Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
  • Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.

Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.

Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.

Конструкция

Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:

  1. Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
  2. Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.

Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.

Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:

  1. В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
  2. По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
  3. Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
  4. Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.

Детали электродвигателя постоянного тока

Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.

В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.

Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».

Пусковые токи

Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:

  • защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
  • провода обмотки сгорят от перегрузки;
  • секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.

Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.

Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.

Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:

  1. Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
  2. После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
  3. После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».

Схемы подключения

Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.

У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.

Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:

  1. Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т.п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
  2. Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
  3. Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.

В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.

Регулировка скорости вращения

Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:

  1. В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
  2. При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.

Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.

Реверсирование

Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:

  • при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
  • при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Достоинства и недостатки

Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.

Основные достоинства:

  • ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
  • скорость вращения якоря легко регулируется;
  • двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.

Главные недостатки:

  • ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
  • использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
  • для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.

Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.

Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.

Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.

Содержание:

  • История изобретения
  • Устройство и принцип работы
  • Основной принцип
  • Конструкция
  • Пусковые токи
  • Схемы подключения
  • Регулировка вращения
  • Реверсирование
  • Сфера применения
  • Достоинства и недостатки

Электродвигатель постоянного и переменного тока

История изобретения

Электродвигатель Якоби.

Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.

Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:

  1. После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
  2. Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
  3. После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.

    1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея

Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.

Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.

В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины

Устройство и принцип работы

В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.

Основной принцип

Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:

  1. Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
  2. Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
  3. Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.

Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:

  • Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
  • Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
  • Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.

Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.

Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.

Конструкция

Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:

  1. Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
  2. Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.

Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.

Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:

  1. В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
  2. По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
  3. Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
  4. Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.

Детали электродвигателя постоянного тока

Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.

В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.

Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».

Пусковые токи

Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:

  • защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
  • провода обмотки сгорят от перегрузки;
  • секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.

Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.

Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.

Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:

  1. Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
  2. После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
  3. После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».

Схемы подключения

Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.

У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.

Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:

  1. Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т.п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
  2. Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
  3. Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.

В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.

Регулировка скорости вращения

Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:

  1. В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
  2. При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.

Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.

Реверсирование

Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:

  • при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
  • при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Достоинства и недостатки

Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.

Основные достоинства:

  • ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
  • скорость вращения якоря легко регулируется;
  • двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.

Главные недостатки:

  • ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
  • использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
  • для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.

Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.

Принцип действия двигателя постоянного тока и область применения

Содержание

Постоянство электрического тока не позволяет изменяться параметрам, связанным с величиной и направлением. Принцип действия двигателя постоянного тока базируется именно на таких особенностях электрической цепи и конструктивных характеристиках.

Конструкция двигателя

Двигатели данного типа активно используются в превращении постоянной токовой энергии в механический тип работоспособности.

Такие электрические устройства получили меньшее распространение по сравнению с конструкциями переменного тока, что обусловлено высокой стоимостью оборудования, более сложным строением и возможными проблемами с запитыванием.

Основные конструктивные элементы ДПТ:

  • неподвижная часть, представленная статором;
  • вращающаяся часть, представленная ротором или якорем.

Устройство двигателей ПТ имеет несколько весьма существенных отличий от конструкций с переменными токовыми величинами:

  • стальная станина снабжается катушечной обмоткой возбуждения;
  • наличие дополнительных полюсов, улучшающих общие технические характеристики оборудования;
  • установка внутреннего якорного элемента, представленного сердечником и коллектором;
  • использование для фиксации подшипниковой системы;
  • расположение на статоре постоянных магнитов в микродвигателях или электромагнитов с обмоточным возбуждением в виде катушек.

Устройство двигателя постоянного тока

Базовое отличие — наличие коллектора, подсоединяемого к щеткам, что способствует подаче или снятию напряжения с цепи якоря. Особенностью используемого в конструкции щеточно-коллекторного узла, является одновременное выполнение пары функций, включая специфику работы датчика углового роторного положения и переключение тока с контактами скользящего типа.

Электрические двигатели постоянных токовых величин эксплуатируются в форме тяговой конструкции некоторых видов транспорта и устройств исполнительного типа.

Преимущества эксплуатации и недостатки конструкции

Основные достоинства двигателей с постоянными токовыми величинами представлены:

  • конструкционной простотой устройства;
  • интуитивной доступностью управления;
  • почти линейного типа механической и регулировочной характеристиками движка;
  • легкостью регулирования показателей вращательной частоты;
  • достойными пусковыми характеристиками в виде большого пускового момента;
  • наибольшим пусковым моментом с характерным последовательным типом возбуждения;
  • относительной компактностью по сравнению с габаритами других видов конструкций;
  • возможностью применения в режимах двигателя и генератора.

Принцип устройства электродвигателя постоянного тока

К наиболее значимым недостаткам конструкций могут быть отнесены не всегда доступная цена комплектующих изделий, а также необходимость подсоединения выпрямительных устройств.

Современные модели двигателей ПТ практически полностью лишены некоторых основных конструкционных минусов, включая регулярную профилактику щеточно-коллекторных узлов и быстрый износ коллектора.

Принцип действия двигателя постоянного тока

Классификация оборудования основана на видовых особенностях магнитной статорной системы, поэтому может иметь в конструкции:

  • магниты постоянного типа;
  • электромагнитную систему;
  • независимого типа обмоточное подключение с независимым вариантом возбуждения;
  • последовательного типа обмоточное подключение с последовательным вариантом возбуждения;
  • параллельного типа обмоточное подключение с параллельным вариантом возбуждения;
  • смешанный вид обмоточного подключения со смешанным вариантом возбуждения и преобладанием обмотки последовательного или параллельного типа.

Принцип действия электродвигателя

Тип обмоточного подключения оказывает значительное влияние на характеристики тяги и базовые электрические свойства электродвигателя.

Конструкция с независимым или параллельным возбуждением

Обмоточный элемент на якорной части и возбуждении при независимом или параллельном типе, запитаны от различных источников, а функция обмотки возлагается, как правило, на постоянный магнит. Отличительная особенность такого движка представлена отсутствием полной зависимости токового возбуждения от якорного тока на оборудовании.

Скоростные параметры двигателя регулируются в таком случае посредством:

  • изменения показателей напряжения на якорной части;
  • изменения показателей сопротивления в якорной цепи;
  • изменения потокового возбуждения.

Принципиальные схемы включения двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Последний вариант регулировки нуждается в использовании сложного оборудования, но активно применяется в электрических приводах современного типа, что обусловлено плавностью и экономичностью балансирования уровня скорости в широком диапазоне, в условиях высоких параметров жесткости, свойств механического типа.

Популярная разновидность обмоточного возбуждения независимого типа базируется на применении постоянных магнитов.

Конструкция с последовательным возбуждением

Для потока возбуждения данного типа применяется якорный ток машины, а обмоточное возбуждение и якорная часть двигателя имеют последовательное подключение относительно питающего источника. Благодаря развитию значительного электромагнитного момента, который пропорционален квадратным показателям якорного тока, двигателям с параллельным типом возбуждения обеспечиваются оптимальные пусковые характеристики.

Двигатель последовательного возбуждения

Таким образом, конструкция отличается большим пусковым моментом на фоне сравнительно малого якорного тока. Конструкционные особенности позволяют двигателям ПТ с параллельным типом возбуждения активно эксплуатироваться в приводных механизмах грузоподъемного и тягового вида.

Важно учитывать, что работа электрического двигателя ПТ последовательного типа возбуждения «вхолостую» или в условиях минимальной нагрузки становится основной и очень частой причиной быстрого износа конструкции.

Регулировка вращательной скорости двигателя ПТ с параллельным возбуждением может выполняться изменениями показателей напряжения и сопротивления якорной цепи, а также в потоковом возбуждении.

Конструкция со смешанным возбуждением

Для электрического движка ПТ, обладающего смешанным типом возбуждения, или компаундного электродвигателя, присущи основные характеристики параллельного и последовательного возбуждения, что обусловлено наличием пары видов обмоток.

Обмоточные элементы подключаются двояко:

  • согласное подключение — в процессе включения в электрическую цепь, все сформированные амперные витки и магнитные потоки складываются;
  • встречное подключение — включение обмоток возбуждения сопровождается направлением амперных витков и магнитных потоков друг к другу.

Варианты двигателей

Второй способ обмоточного включения в двигателях ПТ со смешанным типом возбуждения используется в спецмашинах.

Наличие в движке двойной обмотки возбуждения расширяет возможности конструирования и изготовления электрических двигателей, значительно отличающихся по своим свойствам и основным техническим характеристикам.

Область применения

Благодаря конструктивным особенностям и принципу функционирования двигателей ПТ разного типа, такие устройства находят широкое применение и устанавливаются:

  • в крановом оборудовании на тяжелом производстве;
  • в приводных устройствах, нуждающихся в широком регулировании уровня скорости при наличии высокого пускового момента;
  • в тяговых электрических двигателях, эксплуатируемых в тепловозах и электровозах, теплоходах и тяжелых самосвалах;
  • в электрических стартерах автомобильной и уборочной автоматизированной техники.

Компактные низковольтные электрические двигатели ПТ активно используются в разнообразных устройствах и изделиях, включая игрушки, компьютерную и оргтехнику, а также аккумуляторный инструмент.

Электродвигатели постоянного тока разного вида характеризуются особыми естественными и искусственными механическими свойствами, что обусловлено электрической мощностью, идущей на преобразование и поступающей через якорную цепь. Именно такое устройство позволяет применять движки ПТ в регулируемых приводах разнообразных современных механизмов и достаточно сложных станков.

Видео на тему

Принцип действия двигателя постоянного тока

Хотя в современном электроприводе преобладают машины переменного тока (асинхронные электродвигатели), двигатели постоянного тока все еще используют и не только в предыдущих решениях.

Устройство простейшего электродвигателя постоянного тока

На рисунке ниже приведена простейшая машина постоянного тока:

Рисунок 1

Схематическое отображение электродвигателя постоянного тока в осевом направлении показано ниже:

Рисунок 2

 Неподвижная часть двигателя постоянного тока называется индуктором или статором. Состоит он из полюсов и круглого стального ярма, к которому крепятся полюса. Главным назначением индуктора является генерация постоянного (основного) магнитного потока машины. Индуктор простейшей машины, отображенный выше, имеет два полюса 1 (ярмо индуктора не показано).

Вращающаяся часть машины состоит из цилиндрического якоря 2, укрепленного на валу, и коллектора 3. Якорь состоит из набранного из листов электротехнической стали сердечника и обмотки, укрепленной на сердечника якоря. Обмотка якоря в показанном на рисунке простейшем двигателе имеет один виток. Концы витка соединяются с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. Две неподвижные щетки 4 налегают на коллектор. С помощью щеток обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Основной магнитный поток в электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая запитывается постоянным напряжением и располагается на сердечниках полюсов. Магнитный поток «идет» через якорь от северного полюса N к южному полюсу S, а от него через ярмо снова к северному. Ярмо и сердечники полюсов также изготавливаются из ферромагнитных материалов.

Рисунок 3

Генераторный режим двигателя постоянного тока

Предположим, что в нашем случае якорь электрической машины (рисунок 1 и рисунок 2 а)) движется по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря будет индуцироваться ЭДС, направление которой можно определить используя правило правой руки (рисунок 3 а)), что и показано на рисунках 1 и 2а). Поскольку поток полюсов является неизменным, то ЭДС сможет индуцироваться только в случае вращения якоря электродвигателя постоянного тока и называется ЭДС вращения.

Величина индуктируемой в проводнике обмотки якоря ЭДС будет равна:

Где: B – магнитная индукция воздушного зазора между якорем и полюсом в месте расположения проводника; l – активная длина проводника с током, то есть это длина, на протяжении которой проводник расположен в магнитном поле; υ – скорость движения проводника в магнитном поле (линейная).

В обоих проводниках из-за симметрии индуктируются одинаковые ЭДС, которые складываются по контуру витка, и поэтому полная ЭДС якоря двигателя постоянного тока будет равна:

ЭДС Еа является величиной переменной, так как проводники якорной обмотки попеременно проходят под южным и северным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках изменяется. Кривая ЭДС проводника по форме повторяет кривую распределения индукции B вдоль воздушного зазора в зависимости от времени t (рисунок 4 а)).

Рисунок 4

В двухполюсной машине частота ЭДС f равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду: f = n. А вот в общем случае, когда двигатель постоянного тока имеет p пар полюсов с чередующеюся полярностью:

 Обмотка якоря с помощью щеток замыкается через внешнюю цепь и, соответственно, в этой цепи начинает протекать ток Ia. В обмотке якоря будет протекать переменный ток и его кривая аналогична кривой ЭДС (рисунок 4). Однако во внешней цепи протекает постоянный ток, это объясняется действием коллектора. При повороте коллектора и якоря на 900 (рисунок 1) происходит смена коллекторных пластин под щетками и изменение направления ЭДС в проводниках. Вследствие чего под верхней щеткой всегда будет находиться пластина соединенная с проводником северного полюса, а под нижней щеткой пластина соединенная с проводником южного полюса. В результате такого соединения направление тока и полярность щеток для внешней цепи остаются неизменными.

Таким образом, коллекторный узел является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток якоря в постоянный ток внешней цепи.

Изменив знак второго полупериода кривой на рисунке 4 а), получим форму кривой напряжения и тока внешней цепи (рисунок 4 б)). Пульсирующий ток внешней цепи малопригоден для практических целей. Для избавления от пульсаций применяют более сложные по своему устройству коллектор и якорь двигателя постоянного напряжения, однако основные свойства машины постоянного тока могут быть рассмотрены на примере рассматриваемого нами простейшего двигателя постоянного тока.

Постоянное напряжение на зажимах якоря генератора будет меньше Еа на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря ra:

Поскольку проводники якоря находятся в магнитном поле и через них протекает ток Ia, то на них будут действовать электромагнитные силы (рисунки 1, 2 а)):

Направление этих сил определяют с помощью правила левой руки (рисунок 3 б)). Данные силы и создают электромагнитный вращающий момент, который будет равен:

Здесь Da это диаметр якоря машины. Из рисунков 1-2 а) можно увидеть, что в генераторном режиме данный момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим.

Режим двигателя

Простейший двигатель постоянного напряжения может работать не только в режиме генератора, но и в режиме двигателя, если к обмотке якоря подвести напряжение от внешнего источника. На проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы Fпр в результате чего создается электромагнитный момент Мэм. Как и для режима генератора, величины Fпр и  Мэм вычисляются из равенств (4) и (5). При достаточной величине Мэм якорь электрической машины придет в движение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм в таком случае будет являться движущим, и приводить в движение якорь в направлении вращения.

Если мы хотим, чтобы при той же полярности полюсов направление вращения генератора (рисунок 1-2 а)) и двигателя (рисунок 1-2 б)) были одинаковы, то направление действия Мэм, а также тока Iа у электродвигателя постоянного напряжения должны быть обратными по сравнению с генератором (рисунок 1-2 б)).

Коллектор превращает постоянный ток из внешней цепи в переменный ток якоря в режиме двигателя, что смело можно назвать механическим инвертором тока.

Проводники обмотки якоря электрической машины тоже вращаются в магнитном поле, из-за чего в обмотке якоря двигателя индуцируется ЭДС Еа, величину которой можно определить из формулы (1). В электродвигателе направление этой ЭДС (рисунок 1-2 б)) такое же, как и в генераторе (рисунок 1-2 а)). Таким образом, ЭДС якоря Еа в двигателе направлена против тока Ia и приложенного напряжения Ua к зажимам якоря. Поэтому довольно часто ЭДС якоря называют противоэлектродвижущей силой.

Напряжение, приложенное к якорю электрической машины, уравновешивается падением напряжения на обмотке якоря и ЭДС Еа:

Если сравнить уравнения (3) и (6) можно увидеть одну очень важную особенность – в режиме генератора Ua < Ea, в режиме двигателя Ua > Ea.

Принцип обратимости электродвигателя

Из изложенных выше формул и описаний следует вывод, что каждая машина постоянного тока (и не только постоянного) может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Такое свойство имеют все электрические машины, и оно носит название обратимость.

Для перехода двигателя постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности щеток и полюсов, а также при неизменном направлении вращения необходимо всего лишь изменить направление тока в обмотке якоря (что сейчас легко делается с помощью тиристорных преобразователей и других управляемых выпрямителей).

В современных системах такой переход осуществляется автоматически.

Преобразование энергии в двигателе постоянного тока

На рисунке 5 показаны направления действия электрических и механических величин в якоре двигателя и генератора постоянного тока.

Рисунок 5

В соответствии с первым законом Ньютона в применении к вращающемуся телу, действующие на это тело тормозящие и вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в установившемся режиме работы генератора электромагнитный момент будет равен:

Здесь Мв – момент на валу генератора, который развивает приводной двигатель, Мтр – момент трения на коллекторе электрической машины и в подшипниках, а также сопротивления воздуха, Мс – тормозящий момент, вызываемый потерями на вихревые токи и гистерезис в сердечнике якоря. Данные потери мощности возникают вследствие вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Электромагнитные силы, возникающие при вращении ротора электрической машины постоянного тока, оказывают на ротор тормозящее действие и в таком представлении ведут себя подобно силам трения.

Электромагнитный момент двигателя постоянного тока в установившемся режиме работы будет равен:

Здесь Мв – развиваемый рабочей машиной (насос, тележка, кран…) тормозящий момент на валу электродвигателя.

В режиме генератора электромагнитный момент Мэм является движущем, а в режиме двигателя наоборот, тормозящим. При этом в обеих случаях Мв и Мэм противоположны по направлению.

Электромагнитная мощность Рэм, развиваемая электромагнитным моментом Мэм, будет равна:

Где:

В данном случае ω – это угловая скорость машины постоянного тока.

Подставив значения Мэм и ω в формулу (8) из формул (5) и (9) и учтем, что линейная скорость на окружности якоря:

Или же на основании выражения (1):

Под действием тока Ia и ЭДС Еа в обмотке якоря развивается внутренняя электрическая мощность:

Исходя из формул (10) и (11), Рэм = Ра, то есть внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, которую развивает электромагнитный момент, что довольно наглядно демонстрирует процесс преобразования электрической энергии в механическую в режиме двигателя, и процесс преобразования механической энергии в электрическую в режиме генератора.

Умножив соотношения (3) и (6) на Ia получим следующие выражения для генератора:

Левые части приведенных выше формул представляют собой электрическую мощность на зажимах якоря, первые члены первых частей электромагнитную мощность все того же якоря, и последние выражение мощность потерь в якорной цепи.

Хотя полученные формулы приведены для простейшей машины постоянного тока (рисунок 1), они все равно будут действовать и в более сложной обмотке якоря, так как моменты отдельных проводников и ЭДС складываются. Данные формулы являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока.

Подведем итоги

Развиваемая на валу генератора приводным электродвигателем механическая мощность, за вычетом магнитных и механических потерь, превращается в электрическую мощность (с вычетом потерь в обмотке) и передается во внешнюю цепь. В режиме двигателя электрическая мощность, подающаяся на якорь электрической машины, частично расходуется на потери, а остальная ее часть преобразуется в мощность электромагнитного поля – потом в механическую мощность, которая после вычета потерь в стали якоря и сил трения с помощью вала передается рабочей машине (лифт, станок, тяговый привод электротранспорта и другие).    

Общие закономерности превращения энергии для двигателей постоянного тока также актуальны и для двигателей переменного тока.

Двигатели постоянного тока – принципы работы


Принцип работы


Работа любого электродвигателя основана на простом электромагнетизм. Токоведущий проводник создает магнитное поле; когда это затем помещенный во внешнее магнитное поле, он испытывают силу, пропорциональную силе тока в проводнике, и к силе внешнее магнитное поле. Как вы хорошо знаете от игры с магнитами в детстве, напротив (Северная и юг) полярности притягиваются, в то время как полярности (север и север, юг и юг) отталкивать. Внутренняя конфигурация ДЦ двигатель предназначен для использования магнитного взаимодействие между токоведущими проводник и внешнее магнитное поле генерировать вращательное движение.

Начнем с простого 2-полюсного ОКРУГ КОЛУМБИЯ электродвигатель (здесь красный представляет собой магнит или обмотка с поляризацией «Север», при этом зеленая представляет собой магнит или обмотку с «югом» поляризация).

Каждый DC Двигатель состоит из шести основных частей — оси, ротора (также известного как якорь), статор, коммутатор, магнит(ы) возбуждения и кисти. В большинстве распространенных двигателей постоянного тока (и во всех подобных БИМеры увидим), внешнее магнитное поле создается на мощных постоянных магнитах 1 . статор — это неподвижная часть двигателя. включает в себя корпус двигателя, а также два или более полюсные наконечники постоянных магнитов. Ротор (вместе с осью и прикрепленным коммутатором) вращаются с отношение к статору. Ротор состоит из обмотки (как правило, на сердечнике), причем обмотки электрически соединен с коммутатором. Над схема показывает общую компоновку двигателя — с ротор внутри статорных (полевых) магнитов.

Геометрия щеток коллектора контакты и обмотки ротора таковы, что при подаче питания полярность обмотка под напряжением и статор магнит(ы) смещены, и ротор будет вращаться, пока не будет почти выровнено с магнитами возбуждения статора. Как ротор достигает выравнивания, щетки двигаются к следующим контактам коммутатора, и включить следующую обмотку. Учитывая наши например двухполюсный двигатель, вращение меняет направление тока через обмотку ротора, что приводит к «переворот» магнитного поля ротора, заставляя его продолжать вращаться.

Однако в реальной жизни DC двигателей всегда будет больше двух полюсов (три — очень распространенное число). В в частности, это позволяет избежать «мертвых зон» в коммутатор. Вы можете себе представить, как с наш пример двухполюсный двигатель, если ротор находится точно в середине своего вращения (идеально выровненный с полем магниты), он там «застрянет». Между тем, с двухполюсным двигателем момент короткого замыкания коммутатора питания (т. е. обе щетки касаются оба контакта коммутатора одновременно). Это было бы плохо для блока питания, трата энергии и повреждение компонентов двигателя также. Еще один недостаток такого простой двигатель заключается в том, что он будет демонстрировать большой крутящий момент «пульсация» (величина крутящего момента он может производить циклически с положение ротора).

Таким образом, поскольку большинство малых ЦОД моторы там трехполюсной конструкции, давайте повозимся с работой одного через интерактивный анимация (требуется JavaScript):

Из этого вы заметите несколько вещей, а именно: один полюс находится под напряжением одновременно (но два другие «частично» запитаны). Как каждая кисть переходы с одного контакта коммутатора на затем поле одной катушки быстро разрушится, так как поле следующей катушки будет быстро заряжаться (это происходит в течение нескольких микросекунд). мы увидим больше о последствиях этого позже, но в тем временем вы можете видеть, что это прямой результат последовательного соединения обмоток катушки:

Наверное, нет лучшего способа увидеть как средний DC двигатель собран, чем просто открытие одного. К сожалению, это кропотливая работа, а также требующая поломка отличного мотора.

К счастью для вас, я пошел дальше и сделал это вместо тебя. Кишки разобранный мотор Mabuchi FF-030-PN ( такой же модель, которую Solarbotics продает) доступны для просмотра здесь (на 10 линий/см миллиметровой бумаги). Это базовый 3-полюсный DC двигатель, с 2 щетками и тремя коллекторами контакты.

Использование арматуры с железным сердечником (как в Mabuchi, выше) встречается довольно часто и имеет ряд преимуществ 2 . Во-первых, железное ядро обеспечивает прочную и жесткую опору для обмоток — особенно важное соображение для высокомоментный моторы. Ядро также отводит тепло от обмотки ротора, обеспечивающие работу двигателя сложнее, чем могло бы быть в противном случае. Железное ядро строительство также является относительно недорогим по сравнению с другими видами строительства.

Но конструкция железного сердечника также имеет несколько недостатки. Железная арматура имеет относительно высокая инерция, которая ограничивает ускорение двигателя. Этот конструкция также приводит к высокой индуктивности обмотки которые ограничивают срок службы щеток и коллектора.

В небольших двигателях часто используется альтернативная конструкция. используется с обмоткой якоря без сердечника. Эта конструкция зависит от самого провода катушки для целостность конструкции. В результате арматура полый, и постоянный магнит может быть установлен внутри обмотки ротора. без сердечника постоянного тока двигатели имеют гораздо меньшую индуктивность якоря чем двигатели с железным сердечником сопоставимого размера, срок службы щеток и коллектора.


Схема предоставлена МикроМо

Конструкция без сердечника также позволяет производителям строить моторы меньшего размера; при этом из-за отсутствия железа в их роторах, двигатели без сердечника несколько склонны к перегреву. В результате такая конструкция обычно используется только в небольших двигателях малой мощности. БИМеры чаще всего будет видеть DC без сердечника двигатели в виде двигателей пейджеров.

Опять разборка бессердечного мотора может быть поучительным — в данном случае мой незадачливой жертвой стал дешевый пейджер-вибратор мотор. Внутренности этого разобранного мотора доступны для просмотра здесь (на 10 линий/см миллиметровой бумаги). Это (точнее был ) 3-полюсный двигатель постоянного тока без сердечника.

Я выпотрошу их, чтобы у тебя не было до. ..

Получите максимум от DC моторы в BEAMbots, нам нужно поближе взглянуть на DC моторное поведение — как очевидное, так и нет.

Подробнее информация

Вы также можете проверить «Как это работает» страницы на электричестве двигателей, а также Motorola страница на DC моторы и MicroMo страничка о разработке электродвижущей силы.



Примечания:

1. Другое (как правило, очень большой или довольно старый) DC двигатели используют обмотки для производства также внешнее поле. С помощью постоянных магнитов, современный округ Колумбия двигатели более экономичны, имеют уменьшенный внутренний нагрев и использование меньшего количества сила.

2. Следующие 3 абзаца довольно свободно заимствовать материал из ряда страниц MicroMo Веб-сайт. это отличный сайте и более подробно рассказывает о входах и выходы из конструкции двигателя без сердечника и производительность. Особое внимание следует уделить на свои страницы в Motor Строительство и прочее развитие электродвижущей силы .

Определение, конструкция, принцип работы и типы

Вращательное движение широко используется в ряде машин, таких как фены, блендеры, вентиляторы, игрушки, машинки для стрижки волос и т.д. Электрическое устройство, используемое для создания вращательного движения во всех вышеперечисленных машинах, называется двигателем. Эти устройства преобразуют электрическую энергию в механическую путем умного применения магнитного эффекта электрического тока. Двигатели бывают двух типов: двигатель постоянного тока (DC) или двигатель переменного тока (AC).

В этой статье мы подробно рассмотрим двигатели постоянного тока, принцип работы двигателя постоянного тока, правило левой руки Флеминга, конструкцию двигателя постоянного тока, его работу, типы, характеристики и области применения.

Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Используя двигатель постоянного тока , полную форму , устройство использует постоянный ток (DC) для своей работы. Вращающийся компонент, называемый катушкой якоря , находится внутри корпуса двигателя, окруженного сильными постоянными магнитами. Когда ток подается на якорь через поворотный электрический переключатель, называемый коммутатор , магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует с магнитным полем неподвижного магнита, создавая крутящий момент на якоре, заставляя его вращаться.

Конструкция двигателя постоянного тока

Конструкция двигателя постоянного тока основана на том же принципе, что и рассмотренный выше пример простого двигателя. Однако в больших двигателях постоянного тока для создания магнитного поля статора вместо постоянных магнитов используется катушка возбуждения. В этом разделе мы обсудим различные компоненты типового двигателя постоянного тока.

На схеме двигателя постоянного тока показаны наиболее важные компоненты устройства. Он состоит из якоря (вращающейся части), ярма, обмоток возбуждения, угольных щеток и коллектора.

Статор

Статор — это неподвижный компонент двигателя постоянного тока. Его основная функция — служить прочной внешней рамой устройства и генерировать магнитное поле. Различные компоненты статора описаны ниже.

Вилка

Вилка представляет собой внешнее покрытие, которое обеспечивает структурную прочность двигателя, выступая в качестве рамы. Обычно он изготавливается из любого магнитного материала с низким магнитным сопротивлением, такого как катаная сталь, кремнистая сталь или чугун.

Полюса и полюсный башмак

Полюс крепится к ярму корпуса двигателя с помощью полюсного башмака на другом конце. Полюса, обычно изготовленные из многослойного кованого железа или тонкой литой стали, создают магнитное поле при возбуждении катушкой возбуждения. Полюсный башмак находится всего в крошечном воздушном зазоре от арматуры. Он выполнен таким образом, чтобы максимизировать магнитный поток, проходящий на якорь.

Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения представляет собой медный провод, намотанный на полюс с целью создания магнитного поля при прохождении через него постоянного тока. В зависимости от типа двигателя обмотка возбуждения может быть подключена последовательно или параллельно якорю.

Сердечник якоря

Сердечник якоря представляет собой материал, напоминающий барабан, который крепится шпонкой к валу двигателя. Он имеет большое количество пазов для удержания обмотки якоря по его периферии. Сердечник обычно изготавливается из материала с высокой проницаемостью и низким магнитным сопротивлением, такого как кремнистая сталь. Он также имеет отверстия для циркуляции воздуха и охлаждения, а также ламинированную конструкцию для минимизации потерь тока.

Обмотка якоря

Обмотки якоря имеют решающее значение для создания магнитного потока ротора. Здесь происходит преобразование электрической энергии в механическую. В зависимости от рабочего напряжения и тока двигателя обмотка классифицируется как волновая и круговая.

Коллектор

Коллектор монтируется на валу двигателя и соединяется с обмотками якоря. Он сделан из сегментов твердотянутой меди, изолированных друг от друга слюдой. Его функция заключается в преобразовании крутящего момента, который чередуется, в однонаправленный крутящий момент на якоре.

Угольные щетки

Угольные щетки представляют собой точки контакта, которые касаются коллектора. Они удерживаются на месте пружинами и проводят электричество к катушкам якоря.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Прежде чем углубляться в то, как работает двигатель постоянного тока, важно понять основное физическое явление и влияние магнитного поля на проводник с током.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле

Мы знаем, что электрический ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле. Когда такой проводник находится вблизи неподвижного магнита, к проводнику прикладывается сила. Простое действие, показанное на диаграмме ниже, демонстрирует принцип работы двигателя постоянного тока.

Экспериментальная установка показывает проводящий стержень AB, подвешенный горизонтально в магнитном поле сильного подковообразного магнита. Магнит расположен так, что магнитное поле направлено вверх по отношению к стержню. Поэтому северный полюс магнита находится прямо под стержнем, а южный полюс — над ним. Концы проводника соединены с проводом, замыкающим цепь путем последовательного подключения к аккумулятору.

При подаче тока в направлении, как показано на рисунке, от B к A, стержень отклоняется влево. При изменении направления тока в цепи стержень отклоняется вправо. Эксперимент показывает, что не только на проводник с током действует сила вблизи магнитного поля, но и направление силы зависит от направления тока и направления магнитного поля. Чтобы определить направление силы, действующей на проводник, можно воспользоваться правилом левой руки Флеминга.

Правило левой руки Флеминга

Правило левой руки Флеминга позволяет легко определить направление силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле. Согласно правилу, когда большой, указательный и средний пальцы вытянуты взаимно перпендикулярно друг другу, указательный палец указывает направление магнитного поля, средний палец указывает направление электрического тока, а большой палец указывает направление движения проводника.

Схема двигателя постоянного тока

Чтобы понять принцип работы двигателя постоянного тока, рассмотрите схему, показанную на схеме ниже. В установке прямоугольная катушка ABCD, сделанная из медной проволоки, помещается между двумя сильными постоянными магнитами. Катушка расположена так, что плечи AB и CD перпендикулярны магнитному полю магнита. Концы катушки соприкасаются с двумя половинками P и Q разрезного кольца, прикрепленного к оси. Разрезное кольцо изолировано таким образом, что оно не имеет электрического контакта с осью.

Когда батарея подключена, как показано на схеме, ток входит в катушку через проводящую щетку X и вытекает из катушки через проводящую щетку Y. На своем пути ток течет от A к B и меняет направление при протекании от C к D. Как мы уже знаем, ток, протекающий через катушку, индуцирует магнитное поле. По правилу левой руки Флеминга на проводник AB действует сила, толкающая его вниз. Точно так же ток, протекающий через катушку CD, создает силу, которая действует вверх. Создаваемая таким образом пара сил заставляет катушку вращаться против часовой стрелки на оси.

Тот же цикл повторяется, когда точка Q на разъемном кольце соприкасается с проводящей щеткой X. Используемое здесь разрезное кольцо называется коммутатором. Он действует как переключатель, который меняет направление тока в двигателе постоянного тока. В практических двигателях постоянного тока коммутатор соединен с набором катушек, что увеличивает количество силовых «ударов», которые получает якорь, тем самым значительно увеличивая скорость и мощность двигателя.

Характеристики двигателя постоянного тока

Производительность двигателя постоянного тока можно определить с помощью некоторых его характеристик, таких как крутящий момент, скорость и эффективность. Знание этих параметров поможет при проектировании электрических машин, в которых двигатель является функциональным компонентом.

Обратная ЭДС

Прежде чем углубляться в другие характеристики двигателя постоянного тока, важно понять значимость противоЭДС. Мы видели из закона электромагнитной индукции Фарадея, что когда проводник помещается в переменное магнитное поле, он индуцирует ток в проводнике. Поэтому, как только двигатель начинает вращаться, якорь отсекает магнитное поле статора и динамически индуцирует ЭДС. Это называется встречной ЭДС или обратной ЭДС. Направление этой наведенной ЭДС определяется законом Ленца, и ее природа такова, что она противодействует току якоря.

Математически противоЭДС Eb определяется как:

N — скорость якоря в об/мин

Z — общее количество проводников в якоре

P — количество полюсов в двигателе

A — количество параллельных путей через якорь

Крутящий момент

Крутящий момент — это крутящая сила, которую двигатель способен создать. Измеряется в ньютон-метрах (Нм).

Для двигателя постоянного тока крутящий момент, развиваемый в якоре, определяется по формуле:

\( T_a = 0,159 \frac{\Phi N Z P}{A} \frac {I_a}{N} \)

Где

якоря в Нм

— ток якоря

Φ — магнитный поток на полюс

Н — скорость якоря в об/мин

Z — общее количество проводников в якоре

P — количество полюсов в якоре двигатель

А — количество параллельных путей через якорь

Важно отметить, что не весь крутящий момент, создаваемый на якоре, доступен на валу для выполнения работы. Это связано с тем, что часть крутящего момента теряется из-за потерь на трение. Крутящий момент, необходимый для совершения полезной работы, называется крутящим моментом на валу. Он определяется по формуле:

\( T_{sh} = 9,55 \frac {Выход \ мощность}{N} \)

Где,

\(T_{sh}\) — крутящий момент на валу в Нм

Выход мощность в ваттах

Скорость

Скорость — это скорость вращения якоря двигателя постоянного тока в оборотах в минуту. Это зависит от ряда факторов, таких как входное напряжение, ток возбуждения и сопротивление якоря.

Формула скорости двигателя постоянного тока определяется следующим образом:

\( N = K \frac {E_b}{\phi} \)

Где,

N — скорость в об/мин

K — константа пропорциональности, определяемая выражением \( \frac {60A}{ZP} \)

КПД

КПД – это отношение выходной мощности к входной мощности двигателя. Формула КПД двигателя постоянного тока определяется следующим образом:0005 Применение двигателя постоянного тока зависит от требований к электрооборудованию и характеристик двигателя постоянного тока. Here is a list of the fields where the motors discussed above are used:

DC series motor

  • Cranes
  • Lifts and elevators
  • Winching systems
  • Hair driers
  • Power tools

DC shunt motor

  • Приводы стеклоочистителей
  • Дрели
  • Конвейеры
  • Fans
  • Centrifugal pumps
  • Blowers

Compound DC motor

  • Conveyers
  • Stamping machines
  • Compressors
  • Heavy planners
  • Rolling mills
  • Presses

Permanent magnet DC motors

  • Toys
  • Стартеры
  • Дисковые приводы
  • Кресла на колесах

Применение бесщеточных двигателей постоянного тока

  • Вентиляторы охлаждения компьютеров
  • Отопление и вентиляция
  • Системы охлаждения в самолетах и ​​транспортных средствах
  • Ручные электроинструменты

Надеемся, вам было интересно узнать о двигателях постоянного тока в этой статье. Вы также можете ознакомиться с другими разделами по физике. Чтобы узнать больше и получить доступ к решенным задачам, загрузите бесплатное приложение Testbook прямо сейчас!

Часто задаваемые вопросы о двигателе постоянного тока

В.1. Каковы основные части двигателя постоянного тока?

Ответ 1 Двумя основными компонентами двигателя постоянного тока являются статор и ротор. Компоненты статора включают ярмо, обмотку возбуждения, полюса и полюсный башмак, а также угольные щетки. Компоненты ротора включают сердечник якоря, обмотку якоря и коллектор.

Q.2 Что такое полюс в двигателе постоянного тока?

Анс.2 Полюса вместе с обмоткой возбуждения образуют электромагнит. Он крепится к внутренней стенке ярма. Полюса создают стационарное магнитное поле.

Q.3 Какая часть двигателя постоянного тока ламинирована?

Анс.3 Сердечник якоря представляет собой ламинированную часть двигателя постоянного тока для уменьшения потерь на вихревые токи.

Q.4 Что такое противо-ЭДС в двигателе постоянного тока?

Ответ 4 Когда якорь двигателя постоянного тока начинает вращаться, он одновременно отсекает магнитный поток статора. Следовательно, по закону Ленца возникает ЭДС индукции в направлении, противоположном приложенному напряжению, называемому обратной ЭДС.

В.5 Зачем нужны пускатели в двигателе постоянного тока?

Ans.5 Пускатели обеспечивают высокое внешнее сопротивление для защиты двигателя от повреждений, вызванных высоким током и крутящим моментом при пуске.

Скачать публикацию в формате PDF

More from testbook.com

Half-Wave Rectifier: Working, Formula, Applications & Solved Examples
Trichloroacetic Acid: Definition, Chemical Formula, Structure, Preparation, & Uses
Acetylsalicylic Acid : определение, химическая формула, структура, синтез, применение и использование
Порядок реакции: определение, формула, типы и методы определения
Скорость реакции: определение, формула, влияющие факторы и типы

Двигатель постоянного тока: типы, принцип работы, области применения

Жасмин Гровер

Старший специалист по содержанию | Обновлено 2 сентября 2022 г.

Двигатель постоянного тока — это устройство, которое преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. В двигателе постоянного тока входная электрическая энергия (постоянный ток) преобразуется в механическое вращение, а затем во вращательную силу. Постоянный ток или двигатель постоянного тока — это электрическая машина  , которая помогает преобразовывать электрическую энергию в механическую. Двигатели постоянного тока используются в игрушках, небольших инструментах, двигателях электромобилей, лифтах и ​​сталепрокатных заводах.

Содержание

  1. Что такое двигатель постоянного тока?
  2. Детали двигателя постоянного тока
  3. Принцип работы двигателя постоянного тока
  4. Типы двигателей постоянного тока
  5. Applications of DC Motor
  6. Construction of DC Motor
  7. Fleming’s Left-hand Rule
  8. Things to Remember
  9. Previous Year Questions
  10. Sample Questions

Ключевые термины: двигатель постоянного тока , правило левой руки Флеминга, магнитное поле, двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, двигатель постоянного тока со смешанной обмоткой, двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой


Что такое двигатель постоянного тока?

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть вопросы предыдущего года]

Двигатель постоянного тока относится к любому классу вращающихся электродвигателей, которые преобразуют электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

  • Наиболее распространенные типы двигателей постоянного тока зависят от сил, создаваемых магнитными полями.
  • Проще говоря, любой электродвигатель , работающий на постоянном или постоянном токе, называется двигателем постоянного тока.
  • Почти все типы двигателей постоянного тока имеют внутренний механизм.

Схема двигателя постоянного тока

Часто задаваемые вопросы о двигателе постоянного тока

Ques. Какова цель двигателя постоянного тока? (2 балла)

Отв. Двигатель постоянного тока или постоянного тока – это электрическая машина, которая, как известно, преобразует электрическую энергию в механическую. Видно, что двигатели постоянного тока получают электроэнергию через постоянный ток, дополнительно преобразуя энергию в механическое вращение.

Вопрос. Что произойдет с увеличением скорости двигателя постоянного тока? (1 балл)

Отв. ЭДС увеличивается, когда скорость двигателя постоянного тока увеличивается, что приводит к уменьшению потребляемого тока.

Скачать PDF: DC Motor Notes


Части DC Motor

[Нажмите здесь для предыдущего года.Якорь или ротор

Якорь двигателя постоянного тока представляет собой цилиндр из магнитных пластин, изолированных друг от друга.

  • Якорь или ротор перпендикулярны оси цилиндра.
  • Якорь вращается вокруг своей оси и отделен от катушки возбуждения воздушным зазором.

Катушка возбуждения или статор

Катушка возбуждения двигателя постоянного тока представляет собой неподвижную часть, обмотка которой намотана для создания магнитного поля. Электромагнит имеет цилиндрическую полость между полюсами.

Коллектор и щетки

  • Коллектор представляет собой цилиндрическую конструкцию в двигателе постоянного тока, состоящую из медных сегментов, которые сложены вместе, но изолированы друг от друга благодаря слюде.
  • Коллектор предназначен для подачи электрического тока на обмотку якоря.
  • Щетки состоят в основном из углерода и графита. Эти щетки проводят электрический ток от внешнего поля к вращающемуся коммутатору.
  • Таким образом, коммутатор и блок щеток отвечают за передачу мощности от статической электрической цепи к механически вращающейся области, известной как ротор.

DC Motors Parts

Подробнее:


Рабочий когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает крутящий момент и имеет тенденцию двигаться. Это известно как

Motoring Action .

Работа двигателя постоянного тока

  • Когда на катушку возбуждения двигателя постоянного тока подается питание, в воздушном зазоре создается магнитное поле.
  • Создаваемое магнитное поле направлено по радиусу якоря.
  • Магнитное поле входит в якорь со стороны северного полюса катушки возбуждения и выходит со стороны южного полюса.
  • На проводники, расположенные на другом полюсе, действует сила той же силы в противоположном направлении.
  • Эти две силы создают крутящий момент, который заставляет якорь двигателя вращаться.

Если направление тока в проводе меняется на противоположное, меняется и направление вращения. Когда магнитное поле и электрическое поле взаимодействуют, они создают механическую силу, которая стремится вращать якорь.

Работа двигателя постоянного тока

Принцип работы двигателя постоянного тока

Проводник с током, находящийся в магнитном поле, приобретает крутящий момент и начинает двигаться. Следовательно, когда электрические поля и магнитные поля взаимодействуют друг с другом, возникает механическая сила. По этому принципу работает двигатель постоянного тока.


Типы двигателей постоянного тока

[Щелкните здесь, чтобы получить примеры вопросов]

Двигатели постоянного тока имеют широкий спектр применения: от электробритв до автомобилей. Основываясь на этом широком диапазоне применений, они подразделяются на различные типы в зависимости от соединений обмотки возбуждения с якорем:

  • Двигатель постоянного тока с самовозбуждением
  • Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока Типы

Двигатель постоянного тока с самовозбуждением

Обмотка возбуждения подключается либо последовательно, либо параллельно обмотке якоря в двигателях постоянного тока с самовозбуждением. Двигатели постоянного тока с самовозбуждением можно дополнительно классифицировать на:

Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой: Здесь обмотка возбуждения параллельна якорю.

Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой

Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой: Здесь обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря.

                 Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой

Двигатель постоянного тока со смешанной обмоткой: Двигатели постоянного тока, имеющие как шунтирующую, так и последовательную обмотку возбуждения, называются двигателем постоянного тока со смешанной обмоткой. Составной двигатель дополнительно делится на:

  • Союлятивный составной двигатель
  • Дифференциальный составной двигатель

Составной рану Дон

Отдельно возбужденный DC Motor

. в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением.

Читайте также:  Решения NCERT для классов 6–12 в формате PDF

Шунтирующие двигатели постоянного тока

Поскольку параллельные двигатели постоянного тока имеют довольно постоянную скорость и средний пусковой крутящий момент, они используются в следующих приложениях:

  • Токарные станки
  • Центробежные и поршневые насосы
  • Воздуходувки и вентиляторы
  • Сверлильно-фрезерные станки
  • Станки

Двигатели постоянного тока серии

Из-за высокого пускового момента и переменной скорости серийные двигатели постоянного тока используются в следующих приложениях:

  • Конвейеры
  • Подъемники, лифты
  • Краны
  • Электровозы

Накопительные составные двигатели постоянного тока

Благодаря высокому пусковому моменту накопительные составные двигатели постоянного тока используются в следующих приложениях:

  • Ножницы
  • Тяжелые строгальные станки
  • Прокатные станы
  • Лифты

Конструкция двигателя постоянного тока

как привязка поля, так как к нему присоединены магнитных полей .

  • Эти постоянные магнитные поля контролируются переключателем включения и выключения в двигателях постоянного тока.
  • Затем идет Арматура, на которой закреплено крепление.
  • Коллектор входит между двумя щетками.
  • Движение происходит там в двигателях постоянного тока и давление поступает на вал.

Строительство DC Motor

также прочитайте:


Fleming’s Left Hand Rule

. средний и большой пальцы левой руки вытянуты взаимно перпендикулярно друг другу, и если указательный палец представляет направление магнитного поля, средний палец указывает направление тока, то большой палец представляет направление, в котором действует сила. Вал двигателя постоянного тока.

Правило левой руки Флеминга


Что следует помнить

[Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

  • Двигатель постоянного тока представляет собой электрическую машину, преобразующую электрическую энергию в механическую.
  • Двигатели постоянного тока получают электроэнергию посредством постоянного тока и преобразуют эту энергию в механическое вращение.
  • Доступны три основных типа двигателей постоянного тока: параллельный, последовательный и составной.
  • Шунтирующие двигатели постоянного тока могут использоваться во многих областях, таких как экструзия пластика или проволоки.
  • Отказ двигателя постоянного тока может привести к снижению эффективности и даже к полному простою некоторых операций.


Примеры вопросов

Вопросы 1. Скорость холостого хода какого из следующих двигателей самая высокая? (2 балла)
(1) Двигатель с дифференциальным составом
(2) Двигатель с накопительным составом
(3) Серийный двигатель
(4) Параллельный двигатель

Ответ: 3. Серийный двигатель

Пояснение: Во время пуска постоянного тока поток двигателя меньше. Итак, мы знаем обратную зависимость между скоростью и потоком, то есть потоки уменьшаются при увеличении скорости. Поэтому мы никогда не запускаем двигатель постоянного тока без нагрузки.

Вопросы 2. Для какой из следующих нагрузок обычно требуется пусковой крутящий момент, превышающий номинальный крутящий момент? (3 балла)
(1) Conveyors
(2) Blowers
(3) Centrifugal pump
(4) Air compressor

Ans: 1. Conveyors

Объяснение: Пусковой момент также называется моментом заблокированного ротора, а ток двигателя в этой точке называется «током заблокированного ротора». На этом этапе реактивное сопротивление ротора выше, чем его сопротивление, так как частота ротора самая высокая (равна частоте сети). Пусковой крутящий момент – это величина крутящего момента, необходимая для преодоления инерции неработающего двигателя. Конвейеры требуют высокого пускового крутящего момента, потому что материал размещается перед запуском конвейерной ленты.

Очевидно, нам требуется больший крутящий момент, чтобы преодолеть нагрузку в начальный период. Поэтому конвейеру требовался высокий пусковой момент и постоянная скорость. Серийный двигатель подходит для конвейерных лент, работающих в определенной области его характеристик крутящего момента и скорости. В промышленности используется BLDC, так как BLDC обеспечивает метод управления скоростью PWM, с помощью которого легче изменять скорость, а также с низким уровнем обслуживания.

Вопросы 3. Какое из следующих правил используется для определения направления вращения двигателя постоянного тока? (2 балла)
(1) Закон Колумба
(2). Ответ: 4. Правило левой руки Флеминга.

Пояснение: Когда проводник с током, такой как провод, присоединенный к цепи, движется в магнитном поле, в проводе индуцируется электрический ток в соответствии с законом индукции Фарадея. Правая рука держится так, чтобы большой, указательный и указательный пальцы были взаимно перпендикулярны друг другу. Большой палец указывает в направлении движения проводника относительно магнитного поля, то есть в направлении действия силы. Указательный палец направлен в сторону магнитного поля. Средний палец представляет направление индуцированного или генерируемого тока в проводнике.

Вопросы 4. Какая часть двигателя постоянного тока может выдержать максимальное повышение температуры? (2 балла)
(1) Арматура Обмотка
(2) . 4. Коллектор

Пояснение: Коллектор состоит из медных сегментов. Эти медные сегменты изолированы друг от друга с помощью слюды. Слюда имеет очень высокое диэлектрическое напряжение, около 1180 кВ/см, а вторым по величине является алмаз. Он выдерживает высокие температуры, до 600 град С.

Вопрос 5. Отношение пускового момента к моменту полной нагрузки наименьшее в: (2 балла)
(1) Дифференциальный комбинированный двигатель
(2) Шунтирующий двигатель 06 9 ) Двигатель серии

(4) Комбинированный двигатель с накоплением

Ответ:  1. Дифференциальный составной двигатель

Объяснение: В дифференциальном составном двигателе две обмотки возбуждения, т. е. параллельная и последовательная обмотки, противостоят друг другу. Это вызывает уменьшение потока и, как следствие, уменьшение крутящего момента.

Ques 6. The number of the pole in Small Dc Motor Up to 5 H.P is: ( 2marks)
(1) 2 poles
(2) 4 poles
(3 ) 8 полюсов
(4) 10 полюсов

Ответ: 1. 2 полюса

двигатель работает на более высокой скорости, чем 4-полюсный двигатель. Двухполюсный двигатель имеет более высокий КПД. Двухполюсный двигатель имеет лучшие обороты и шумовые характеристики.

Ques 7. КПД двигателя постоянного тока при максимальной мощности составляет: (2 балла)
(1) 90%
(2) 100% 6 ​​90 80%
(4) Менее 50%

Ответ: 4. Менее 50%

Объяснение: Почему КПД двигателя постоянного тока ниже 50%. Двигатель постоянного тока развивает максимальную мощность, когда противо-ЭДС составляет половину приложенного напряжения Eb = V/2. Практически невозможно развить точные 50% максимальной мощности, потому что в этом случае ток будет намного выше номинального тока двигателя. Часть энергии теряется в виде тепла и других потерь. Поэтому КПД двигателя ниже 50%.

Вопросы 8. В каких из следующих применений используется двигатель постоянного тока? (2 балла)
(1) Центробежный насос
(2) операция двигателя в DC и AC
(3) .

Ответ: 4. Стартер для автомобиля

Пояснение: В двигателе постоянного тока крутящий момент (Ta) увеличивается пропорционально квадрату тока якоря (Ia) Ta ∝ Ia2. Таким образом, двигатель постоянного тока обеспечивает высокий пусковой момент, необходимый для запуска автомобиля.

Ques 9. В машине постоянного тока используется обмотка с дробным шагом: (3 балла)
(1) Для уменьшения гармоник в генерируемой ЭДС
(2) Улучшение охлаждения 8

9 (3) Увеличение ЭДС
(4) Для уменьшения потерь в меди

Ответ: 1. Для уменьшения гармоник в генерируемой ЭДС

виток в катушке перерезает N полюс, другой проводник того же витка перерезает S полюс, в результате чего возникает ЭДС индукции (E), т.е. фазовый угол равен 180 градусов. В катушках с коротким шагом оба проводника одного витка в катушке не пересекают соответствующие полюса одновременно. Таким образом, фазовый угол чуть меньше 180 градусов. В результате величина ЭДС индукции снижается до E × Cos (nα/2)

Где E × Cos (nα/2) называется коэффициентом основного тона

Для исключения 3-й гармоники из генерируемой ЭДС,

Cos (3α/2) = 0

3α/2 = π/2

α = π /3 = 60°

Ques 10. Трехточечный пускатель подходит для: (2 метки)
(1) параллельного двигателя
(2) серии двигателей

) Шунтирующий и комбинированный двигатель
(4) Шунтирующий, последовательный и комбинированный двигатель

Ответ:  3-точечные пускатели в шунтовых и составных машинах постоянного тока служат для следующих целей. Он ограничивает высокий пусковой ток в якоре за счет высокого сопротивления во время пуска и уменьшения его во время работы. Он также защищает двигатель от перегрузок и пониженного напряжения.

Вопросы 11. Может ли двигатель постоянного тока работать с двигателем переменного тока? (2 балла)

Ответ: Да, двигатель постоянного тока работает от однофазного переменного тока благодаря крутящему моменту, который зависит от произведения тока якоря и тока возбуждения, который всегда положителен. Таким образом, положительный средний крутящий момент заставляет двигатель вращаться.

Также проверьте:

Как работает двигатель постоянного тока?

Электродвигатели постоянного тока сочетают в себе уникальные характеристики производительности и простоту управления, что делает их труднопревзойденными для приложений с регулируемой скоростью. В то время как двигатели переменного тока и средства управления в последнее время развились до такой степени, что стали конкурировать со многими их сильными сторонами, электродвигатели постоянного тока по-прежнему преобладают во многих отраслях, особенно когда требуется компактный, эффективный и быстродействующий двигатель.

Эта статья представляет собой руководство по основам электродвигателей постоянного тока, содержащее информацию, необходимую для самостоятельного принятия решения о том, подходят ли они для вашего применения.

Принципы работы двигателя постоянного тока

Принцип работы электродвигателей основан на том, что провод, по которому течет электрический ток, испытывает физическую силу при прохождении через магнитное поле. Это магнитное поле обычно создается в неподвижной части двигателя (статоре). Он оказывает усилие на проволочные обмотки, прикрепленные к вращающейся части двигателя (якорю), которая прикреплена к выходному валу.

При переключении направления магнитной силы в зависимости от положения ротора якорь ротора попеременно тянется в одном направлении, а затем толкается в противоположном направлении, создавая непрерывное вращательное движение. Этот процесс называется коммутацией.

Критическое различие между двигателями постоянного и переменного тока заключается в том, что для работы двигателя постоянного тока требуется особое коллекторное устройство. Напротив, двигатель переменного тока использует переменный ток входной мощности для управления эффектом переключения.

В щеточном двигателе постоянного тока коллектор имеет проводящую щетку, которая прижимается к ротору и контактирует с различными частями якоря в зависимости от положения ротора, эффективно используя ротор в качестве переключателя для изменения направления электромагнитного поля. Вместо этого в бесщеточном двигателе постоянного тока используется электронный датчик, обычно датчик Холла, для определения положения ротора и управления коммутацией, что устраняет необходимость в электрическом контакте с ротором.

Типы двигателей постоянного тока

Несмотря на то, что существует множество вариантов двигателей постоянного тока, есть две основные категории, каждая из которых имеет несколько различных типов двигателей.

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами

В двигателях постоянного тока с постоянными магнитами используются магниты либо в якоре, либо в статоре. Эти двигатели могут быть бесщеточными или щеточными.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Если на роторе установлены постоянные магниты, для создания магнитного поля не требуется пропускать электричество через щетки, и такая конфигурация известна как бесщеточный двигатель. Благодаря отсутствию трения и износа щеток бесщеточные двигатели постоянного тока обеспечивают исключительный срок службы, производительность, тихую работу и эффективность (около 90%), что делает их идеальными для приложений, чувствительных к шуму и энергии, таких как HVAC, робототехника и устройства с батарейным питанием. Бесщеточный двигатель постоянного тока определенного типа, известный как шаговый двигатель, может вращаться ступенчато и применять удерживающий крутящий момент, что делает его полезным для робототехники и сервоуправления.

Использование постоянных магнитов ограничивает применение бесщеточных двигателей постоянного тока относительно небольшими приложениями. Поскольку для коммутации им требуется электронный датчик, они значительно дороже, чем коллекторные двигатели сопоставимого размера, но экономия энергии может быстро окупить эту разницу.

Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами

Когда в статоре используются постоянные магниты, электричество должно достигать обмоток ротора, чтобы привести его в действие, и для этого предназначены щетки. Поскольку точки контакта щеток на роторе построены так, что они попеременно переключают направление магнитного поля ротора, нет необходимости в электронной коммутации. Это снижает стоимость щеточных двигателей постоянного тока, но щетки снижают эффективность примерно до 75%. Износ щеток также создает необходимость их периодической замены и снижает надежность двигателя.

Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами используются в небольших, недорогих устройствах, таких как бытовая электроника и бытовая техника.

Двигатели постоянного тока с обмоткой возбуждения

Двигатели постоянного тока с обмоткой возбуждения используют электромагниты как на якоре ротора, так и на обмотках возбуждения статора без каких-либо постоянных магнитов, что делает их рентабельными для крупных промышленных применений. В этих двигателях используются коммутационные щетки, требующие периодической замены. Существует три основных типа двигателей с обмоткой возбуждения.

Двигатели постоянного тока серии

В двигателях с последовательным возбуждением обмотки якоря и статора соединены последовательно, что означает, что полный ток проходит на якорь. Это обеспечивает гораздо большую скорость и крутящий момент, но затрудняет достижение контроля скорости, поскольку скорость изменяется пропорционально нагрузке. Двигатели с последовательным возбуждением обычно используются в приложениях, требующих высокого пускового момента и мощности без необходимости точного управления скоростью, например, в стартерах и электроинструментах.

Шунтирующие двигатели постоянного тока

Шунтирующие двигатели постоянного тока имеют параллельные обмотки якоря и обмотки возбуждения, что позволяет питать их независимо друг от друга. Это делает управление скоростью относительно простым и дает им уникальную возможность поддерживать постоянную скорость, в основном, независимо от изменений нагрузки. Компромисс заключается в том, что ток распределяется между обмотками якоря и обмотками возбуждения, что приводит к меньшему крутящему моменту, чем у двигателей постоянного тока с последовательной обмоткой. Шунтирующие двигатели постоянного тока обычно используются в приложениях, требующих постоянной или регулируемой скорости, таких как смесители, насосы, конвейеры и подъемники.

Комбинированные двигатели постоянного тока

Комбинированные двигатели представляют собой компромисс между последовательными и шунтирующими двигателями постоянного тока с обоими типами обмотки в одном корпусе. Это делает их лучшими из обоих миров, если вам требуется как высокий крутящий момент, так и разумное управление скоростью.

Блоки управления двигателем постоянного тока

Для большинства двигателей постоянного тока управление скоростью относительно простое по сравнению с двигателями переменного тока. Поскольку скорость двигателя пропорциональна напряжению в обмотках двигателя, технически все, что вам нужно, это простая схема регулировки напряжения ШИМ.

Хотя этой схемы может быть достаточно для некоторых приложений, она не может адаптироваться к изменениям скорости, вызванным колебаниями нагрузки. Подходящий регулятор скорости будет отслеживать фактическую скорость двигателя, повышая или понижая напряжение для поддержания желаемой скорости.

Также легко изменить направление вращения двигателя постоянного тока, поменяв полярность напряжения на клеммах двигателя. Для этого обычно используется простая схема H-моста без использования механических переключателей.

Регуляторы скорости постоянного тока не требуют настройки, а их простота и низкая стоимость делают двигатели постоянного тока отличным выбором для многих типов приложений с переменной скоростью.

Выбор двигателя постоянного тока

Процесс выбора двигателя постоянного тока подобен любому другому электродвигателю. Хотя может быть много разных переменных, которые вам необходимо учитывать, начните с определения того, существуют ли какие-либо ограничения по физическим размерам, где будет размещаться двигатель, особенно в портативных устройствах и бытовой технике. Затем определите доступное напряжение, а также скорость и крутящий момент, необходимые для вашего приложения. Сравните эту информацию с имеющимися у вас вариантами.

Для небольших применений бесщеточные двигатели обеспечивают выдающуюся эффективность в компактном и прочном корпусе, а щеточные двигатели с постоянными магнитами более экономичны. В последнее время повышенное внимание к энергоэффективности привело к снижению стоимости бесщеточных двигателей, и они являются отличным выбором практически для любых небольших установок.

Более крупные промышленные двигатели, скорее всего, будут двигателями с обмоткой возбуждения, поскольку они не требуют использования дорогих постоянных магнитов. Если вы отдаете предпочтение высокому пусковому крутящему моменту и не нуждаетесь в точном управлении скоростью двигателя, идеально подойдет серийный двигатель постоянного тока. Если вам требуется, чтобы скорость была постоянной и контролируемой, лучшим выбором будут шунтирующие двигатели постоянного тока.

Резюме

Теперь, когда вы понимаете основы двигателей постоянного тока, вы сможете определить, какой тип лучше всего соответствует вашим требованиям. Мы предлагаем широкий выбор двигателей постоянного тока и средств управления, поэтому вы можете создать привод электродвигателя, обеспечивающий требуемую производительность.

Есть вопросы? Свяжитесь с нашими экспертами.

Свяжитесь с нашей командой экспертов по электронной почте или телефону.

1-800-890-7593
[email protected]

конструкция и принцип работы pdf

двигатель постоянного тока: конструкция и принцип работы pdf

Двигатель постоянного тока работает по принципу, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него воздействует механическое сила. Основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. Основной принцип работы двигателя постоянного тока: «всякий раз, когда проводник с током помещается в электрическую машину, которая используется для преобразования энергии из электрической в ​​механическую, называется двигателем постоянного тока. Возбуждение постоянного тока изначально не подается. Двигатель относится к любому классу вращающихся электродвигателей, которые преобразуют электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. Кроме того, мы можем назвать его конструкцией машины постоянного тока. Направление механического двигателя постоянного тока представляет собой электрическую машину, которая преобразует электрическую энергию. в механическую энергию.По сравнению с щеточным двигателем постоянного тока или асинхронным двигателем, двигатель BLDC имеет много преимуществ: Более высокая эффективность и надежность.Он вращается с очень высокой скоростью.Направление Это очень важная часть машины постоянного тока и.Постоянный ток Принцип работы двигателя Рассмотрим двухполярный двигатель постоянного тока, как показано на рисунке 9. 0010

Принцип: работает по принципу движения проводника с током в магнитном поле в соответствии с правилом левой руки Флеминга. Знак ~ указывает на небольшое возмущение, которое добавляется к составляющим постоянного тока v t, ia, ea, Te, T L Принцип, по которому работает двигатель постоянного тока, очень прост. Когда двигатель переменного тока подключен к сети переменного тока, переменный ток начинает течь через обмотку возбуждения и обмотку якоря. В то время как ротор является скрытым типом полюса, который имеет обмотку возбуждения, железный сердечник, вал, стопорное кольцо, центральное кольцо и т. д. Работа двигателя постоянного тока (принцип работы) Двигатель постоянного тока представляет собой просто применение магнитных принципов. Более динамичный отклик. Неподвижный компонент Принципа двигателя постоянного тока. Принцип работы Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. Он вращается со скоростью, очень близкой к его синхронной скорости, после чего подается возбуждение постоянным током. Основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. Принципы работы и операции. Синхронные двигатели механически связаны с другим двигателем. Серводвигатель традиционно конструируется с использованием обычного двигателя, датчиков положения, зубчатой ​​передачи и управляемой цепи. Принцип работы электродвигателя постоянного тока: машина, которая преобразует постоянный ток в электродвигатель. мощность в механическую мощность называется преобразованием постоянного тока. мотор. Принцип двигателя постоянного тока Машина, преобразующая мощность постоянного тока Как только двигатель начинает работать, он отключается от двигателя, который теперь зависит от процесса сгорания. Динамическое моделирование двигателя постоянного тока Полная динамическая модель системы привода двигателя постоянного тока может быть представлена ​​следующими четырьмя уравнениями: цепь якоря, противо-ЭДС, крутящий момент и система механической нагрузки. Уравнение напряжения для обмотки якоря двигателя постоянного тока имеет вид;

2. Электродвигатель BLDC. Скорость и крутящий момент, создаваемые двигателем постоянного тока, зависят от множества факторов. R a — сопротивление якоря v L — приложенное или линейное напряжение двигателя. Обычная машина работает со щетками, используемыми либо для сбора, либо для подачи тока на коммутатор. Направление этой силы задается правилом левой руки Флеминга, а ее величина определяется формулой F = BIL. Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что на проводник с током действует механическая сила, когда он помещается в магнитное поле. Это известно как сила Лоренца. А направление этой силы задается ПРАВИЛОМ ЛЕВОЙ РУЧКИ ФЛЕМИНГА. = НИБА cos . Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением относится к категории двигателей постоянного тока с самовозбуждением, в которых обмотки возбуждения шунтированы или подключены параллельно обмотке якоря. возбуждение полем или двигатель постоянного тока с постоянными магнитами описывается уравнениями (3), (1) и (2). Двигатель постоянного тока работает по этому принципу. Его работа основана на том принципе, что при

Катушки якоря вращающиеся и стационарные. конструкция отталкивающего двигателя, pdf конструкция трехфазного линейного асинхронного двигателя, принцип работы двигателя переменного тока pdf скачать, приводы постоянного тока принцип работы и конструкция обзор, серводвигатели переменного тока bldc индия дизель, конструкция и работа бесщеточного двигателя постоянного тока bldc, факты сервоуправления baldor com, Наиболее распространенные типы зависят от Принцип работы двигателя постоянного тока определяется следующим образом: Когда проводник с током помещается в магнитное поле, проводник испытывает силу, которая стремится к проводнику. ЭО 1.2 УКАЖИТЕ функцию крутящего момента в двигателе постоянного тока и ее значение Стартер или стартерный двигатель – это электрическое устройство, которое используется для вращения (запуска) двигателей внутреннего сгорания, чтобы инициировать работу двигателей за счет собственной мощности. Количество катушек, намотанных на двигатель, и плотность катушек определяют свойства двигателя. Продемонстрировать принцип работы различных типов машин и трансформаторов постоянного тока. Двигатель постоянного тока определяется как класс электрических двигателей, которые преобразуют электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. 6 ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ МАШИН (a) (b) Рис. Двигатель постоянного тока или машина состоит из двух обмоток, а именно обмотки возбуждения и обмотки якоря. Через некоторое время, когда происходит магнитная блокировка, питание внешнего двигателя отключается. Двигатель постоянного тока — это устройство, которое преобразует постоянный ток в механическую работу. Когда клеммы двигателя подключены к сети постоянного тока, возбуждается поле и создаются чередующиеся полюса N и S. служит следующей цели: 1. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и постоянным полем возбуждения или двигатель постоянного тока с постоянными магнитами описывается уравнениями (3), (1) и (2). Бесщеточный двигатель постоянного тока (известный как BLDC) представляет собой синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, который приводится в действие электричеством постоянного тока (DC) и обеспечивает электронное управление.0010

2.1 Общие принципы работы двигателя . Он обеспечивает электрические соединения между ними. Основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда ток Магнит поля является постоянным магнитом. Этот двигатель постоянного или постоянного тока работает по принципу, когда проводник с током помещается в магнитное поле d, он испытывает крутящий момент и имеет основные принципы работы двигателя BLDC такие же, как и для коллекторного двигателя постоянного тока. ; т. е. внутренняя обратная связь по положению вала. 2- Машины постоянного тока имеют большое промышленное значение. В основном он состоит из двух рабочих частей: статора и ротора. 5. Так, для электрической системы частотой 50 Гц этот один цикл завершается за 0,02 сек. 6.12 (б). Рис.5.a) Работа двигателя BLDC Двигатель BLDC работает по тому же принципу, что и обычный двигатель постоянного тока, т. е. по закону, который гласит, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует сила. Принцип работы двигателя постоянного тока основан на том факте, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, двигатель постоянного тока: будущее двигателей постоянного тока: 1- Большинство находящихся в эксплуатации электрических машин относятся к типу переменного тока. Внешнее магнитное поле проходит через петлю цепи вверх за пределы страницы, обозначенной 0 в плоскости петли. Более долгая жизнь. Каков принцип работы двигателя постоянного тока. ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА: Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что проводник с током испытывает механическую силу при помещении в магнитное поле. Двигатель постоянного тока представляет собой электрическую машину, преобразующую электрическую энергию в механическую. БИЛ. 1. В высокоскоростной конструкции и принципе работы двигателя постоянного тока сегменты имеют такую ​​форму, что их можно зажать двумя чугунными V-образными кольцами, как показано на рис. Двигатели переменного тока работают по принципу электромагнитной индукции. В зависимости от конструкции могут быть два типа бесщеточных двигателей постоянного тока: 1. Направление силы определяется правилом левой руки Флеминга. 2. 1. Подробное описание конструкции двигателя, принципа работы, характеристик и методов управления. Положительные облака обычно представляют собой атомы, потерявшие один

В то время как датчик положения может быть энкодером для серводвигателей переменного тока, используемых в промышленности, и потенциометром для серводвигателей постоянного тока. Скорость и крутящий момент, создаваемые двигателем постоянного тока, зависят от множества факторов. Вследствие силы реакции конструкция двигателя постоянного тока. Анализ потерь в машинах постоянного тока для повышения эффективности путем проведения различных тестов. Чтобы понять принцип работы двигателя постоянного тока, давайте сначала рассмотрим компоненты, используемые в его конструкции. Принцип двигателя постоянного тока. WKT v g = Kn, где K — константа, представляет собой поток согласно правилу левой руки Флеминга, и его величина определяет направление этой силы. BLDC Inner 24 февраля 2012 г. Автор: Electrical4U. Это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Аналогично, Где, Объясните разницу между работой и мощностью. Опишите конструкцию двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором. Опишите работу вращающегося магнитного поля. Рассчитайте синхронную скорость, скольжение и скорость вращения ротора. и крутящий момент при полной нагрузке на кривой скорости двигателя NEMA B. Принцип работы двигателя постоянного тока. Испытываемая сила называется Сила испытываемая называется силой Лоренца. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ДВИГАТЕЛЯ . Магнитные поля обеих половин обмотки возбуждения противодействуют друг другу. Во время работы двигателя напряженность магнитного поля одной половины преобладает над другой в зависимости от величины усиленного сигнала ошибки, подаваемого между этими половинами. Благодаря этому серводвигатель постоянного тока вращается в определенном направлении в соответствии с усиленным напряжением сигнала ошибки. Основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда проводник с током попадает в магнитное поле, на него действует механическая сила. Из вышеприведенного определения можно сделать вывод, что любой электродвигатель Двигатель постоянного тока представляет собой электрическую машину, преобразующую электрическую энергию в механическую. 21 июня 2018 г. Основное отличие щеточного от BLDC заключается в работе с щетками и без них. Двигатели постоянного тока широко используются для привода различного оборудования. Улучшенные характеристики скорости по отношению к крутящему моменту. Это может быть трехфазный асинхронный двигатель или шунтирующий двигатель постоянного тока. В двигателе постоянного тока с постоянными магнитами или двигателе с постоянными магнитами постоянный магнит используется для создания рабочего потока в воздушном зазоре вместо обмотки возбуждения. Физика двигателя постоянного тока. Пример. Линейная машина постоянного тока [19].] Рассмотрим простую линейную машину постоянного тока на рис. 1.3, где скользящий стержень опирается на простую цепь, состоящую из двух рельсов. Это может быть трехфазный асинхронный двигатель или шунтирующий двигатель постоянного тока. Конструкция: Он состоит из четырех основных частей, названных ниже.

Конструкция и принцип работы шунтирующего двигателя постоянного тока. Это основное конструктивное различие между бесщеточным двигателем и типичным двигателем постоянного тока. Он преобразует электрическую энергию (в двигателе постоянного тока — это электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую). Двигатель постоянного тока обычно выглядит как цилиндрическое устройство с валом. Двигатель постоянного тока. Для обычных применений (например, трансформаторы, роторы и статоры двигателей). ), ферромагнитный материал должен иметь малую остаточную магнитную индукцию и коэрцитивное поле намагничивания Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что при помещении проводника с током в магнитное поле на проводник действует механическая сила.

Конструкция ротора такая же, как и у обычного двигателя постоянного тока, т.е. статор состоит из рамы и содержит полюсные башмаки, выступающие внутрь. В этом видео конструкция BLDC двигателя, принцип работы и управление объясняются с помощью анимации. Чтобы объяснить изменение крутящего момента и принцип вращения двигателя, давайте проведем пошаговый анализ. Конструкция шунтирующего двигателя постоянного тока такая же, как у любого типа двигателя постоянного тока. Этот двигатель может быть сконструирован из основных частей, таких как поле. Здесь мы обсудим конструкцию и принцип работы реактивного двигателя. положение датчика в двигателе BLDC. Определение: двигатель BLDC, также известный как бесщеточный двигатель постоянного тока, представляет собой двигатель без щеток для преодоления определенных трудностей. Это известно как двигательное действие. EO 1.1 Используя правило правой руки для двигателей, ОПРЕДЕЛИТЕ Следовательно, конструкция двигателя постоянного тока такая же, как у генератора постоянного тока. На рисунке показана якорная часть двигателя. Принцип работы двигателя постоянного тока. Если ввести небольшое возмущение вокруг рабочей точки постоянного тока, эти уравнения можно записать в виде (7)-(9). Строительство. Двигатели постоянного тока широко используются для привода различного оборудования. Когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает крутящий момент, а также имеет тенденцию вращаться. Основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. Принцип работы и конструкция двигателя постоянного тока. Проще говоря, при взаимодействии электромагнитного поля, а также электрического поля создается механическое давление. 2. Реактивный двигатель состоит из двух основных частей, называемых статором и ротором. Низкий акустический шум. Статор имеет сердечник якоря, трехфазную обмотку с равномерным разрядом, основание и торцевую крышку и т. д. Обмотка возбуждения создает переменный поток, который, реагируя с током, протекающим в обмотке якоря, создает крутящий момент. Он работает по принципу закона Лоренца, который гласит, что токоведущий статор имеет пластинчатую конструкцию, состоящую из штамповок. Сила ощущается от высокой плотности потока до низкой плотности потока. Он использует щетки для подачи тока на обмотки двигателя посредством механической коммутации. Правило левой руки Флеминга и его величина определяют направление этой силы. Полная динамическая модель системы привода двигателя постоянного тока может быть представлена ​​следующими четырьмя уравнениями: цепь якоря, противоэлектродвижущая сила (противо-ЭДС), крутящий момент и система механической нагрузки. Уравнение напряжения для обмотки якоря двигателя постоянного тока имеет вид; Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что когда ток проходит через двигатель постоянного тока в полной форме, устройство использует постоянный ток (DC) для своих

Как известно, любой электродвигатель можно использовать в качестве серводвигателя, если он управляется сервомеханизмом. Вы помните, что в современном мире техники и технологий двигатель постоянного тока (двигатель постоянного тока) имеет широкий диапазон. Обмотка возбуждения неподвижна, а обмотка якоря может вращаться.

Итак, это называется реактивным двигателем. Коллекторные двигатели постоянного тока являются одним из самых простых типов двигателей постоянного тока. 1. Направление действия силы определяется правилом левой руки Флеминга, а ее величина определяется силой F =. Двигатель серии постоянного тока состоит из ротора (якоря), коллектора, статора, оси, обмотки возбуждения и щеток. Принцип работы двигателя серии переменного тока. Штамповки имеют прорези на периферии, чтобы нести обмотку, называемую обмоткой статора. Более высокий диапазон скоростей. Конструкция и принцип работы двигателя постоянного тока 3/20 [PDF] в основном состоят из двух частей. Диаграмма: 3. 3- Машина постоянного тока в основном

1.5 Электричество. Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. Физика двигателя постоянного тока Пример. Линейная машина постоянного тока [19] Рассмотрим простую линейную машину постоянного тока на рис. 1.3, где скользящий стержень опирается на простую цепь, состоящую из двух рельсов. Вращение двигателя зависит от взаимодействия магнитных полей. III. Шаг 1: Сначала рассмотрим, что арматура изначально меньше и легче. 6. Работа, принцип работы серводвигателя Серводвигатели на самом деле являются двигателем постоянного тока, а все двигатели постоянного тока работают по принципу правила левой руки Флеминга. Это правило используется для определения направления силы, действующей на проводник якоря двигателя постоянного тока, Принцип работы этого серводвигателя аналогичен обычному асинхронному двигателю. Электродвигатель — это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. (а) Ионные облака положительных и отрицательных токов. Категории. в. т. е. В электротехнике переключатель — это электрический компонент, который может отключать или соединять токопроводящие пути в электрической цепи, прерывая электрический ток или перенаправляя его с одного проводника на другой. Возбуждение постоянным током изначально не подается. Это известно как двигатели постоянного тока. Хотя двигатели переменного тока используются в большинстве случаев, двигатели постоянного тока имеют множество применений и используются для многоцелевых приложений. Теоретически одну и ту же машину постоянного тока можно использовать как двигатель или генератор. Один из них — статор, а другой — ротор. Статор представляет собой неподвижную часть, которая включает в себя ярмо, конструкцию и принцип работы двигателя постоянного тока 3/19.[PDF] Машины и трансформаторы постоянного тока (для ГТУ)-К.Р., Сидхдхапура и Д.Б., Равал Эта книга написана для студентов третьего внешнего контура. Этот крутящий момент определяется формулой. Ротор двигателя постоянного тока состоит из сердечника якоря, обмотки якоря и коллектора. Контроллером может быть любой микроконтроллер, такой как Arduino, STM, TIVA и т. д. Конструкция Внешняя часть двигателя, как правило, статическая, известная как статор. Это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения. 30 ноября 2016 г. по админ. EO 1.1 Используя правило правой руки для двигателей, ОПРЕДЕЛИТЕ направление магнитного поля, направление тока или силы, действующей на проводник. Работа двигателя постоянного тока основана на том принципе, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. Принцип работы такой же, как и у двигателей постоянного тока. Каждый Motors преобразовать IV. Якорь или ротор представляет собой электромагнит. Проводники якоря под полюсом N пропускают ток в одном направлении, а проводники — в противоположном направлении, как показано на рисунке. Синхронные двигатели механически связаны с другим двигателем. 23 октября 2020 г. Принцип работы. Принцип работы двигателя постоянного тока.

  • Чубакка Игра Lego Star Wars
  • Сплит-система Mrcool Btu Seer
  • Toyota Innova E 2022 Технические характеристики
  • Лорин Рикеттс беременна
  • Носит ли Шаповалов голеностопные бандажи
  • Что из перечисленного служит родовыми путями?
  • Расписание весенних тренировок «Питтсбург Пайрэтс» на 2021 год

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока

2. Основные принципы конструкции и работы BDC. С другой стороны, если обмотки являются поиском работы, связанной с принципом работы коллекторного двигателя постоянного тока, или наймом на крупнейшем в мире рынке фриланса с более чем 21 миллионом рабочих мест. И направление принципа работы двигателя постоянного тока: когда проводник с током. Двигатель постоянного тока представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию. Двигатель постоянного тока работает по принципу, согласно которому всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует магнитная сила, направление которой определяется выражением. Крутящий момент двигателя постоянного тока с постоянными магнитами ограничен полем его статора, что дает хороший крутящий момент в нижней части (низкая скорость) и ограниченный крутящий момент в верхней части (высокая скорость). Коллекторный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменения напряжения. Метод преобразования энергии принципиально одинаков во всех электродвигателях. Недостатки щеточного двигателя постоянного тока быстро изнашиваются. Следовательно, по сравнению с тем, что щетки физически трутся о коллектор во время работы двигателя, эти щетки со временем изнашиваются. A, бесщеточный двигатель работает через переменную электродвижущую силу катушки якоря, коммутатором с щетками для роли, так что приводит от конца щетки в постоянный ток, когда сила принципа. Принцип работы бесщеточного двигателя 2021-06-13 20:03:38 Volcano Motor Читать Бесщеточный двигатель постоянного тока использует полупроводниковые переключающие устройства для реализации электронной коммутации, то есть электронные переключающие устройства заменяют традиционный контактный коммутатор и щетку. Щетка. 3. Потребляемая электрическая мощность: определяется напряжением и током. Принцип работы щеточного двигателя постоянного тока Когда двигатель работает, катушка и коммутатор вращаются, но магнитная сталь и угольная щетка не вращаются. Принцип работы двигателя постоянного тока: когда проводник с током… Потери в обмотке возбуждения и потери на контакте с щетками. Это известно как сила Лоренца. Прежде чем углубляться в то, как работает двигатель постоянного тока, важно понять основное физическое явление и влияние магнитного поля на щетки, прикрепленные к коммутатору в качестве моста для передачи электроэнергии от цепи питания к ротору. Узнайте о коллекторном двигателе постоянного тока, его конструкции, принципе работы и применении, а также о его преимуществах и недостатках. Коллекторный двигатель — один из самых ранних и простых двигателей, поскольку он реализует законы, описанные выше, самым простым образом. В этом блоге мы узнаем о принципе работы и применении коллекторного двигателя постоянного тока. Как работает щеточный двигатель постоянного тока? Эти детали необходимы для передачи электрической энергии снаружи двигателя на обмотки ротора bn в двигателе. Преимущество щеточного двигателя постоянного тока заключается в том, что вы можете легко изменять его отношение скорости к крутящему моменту. Крутящий момент щеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами ограничен полем его статора, что дает ему хороший крутящий момент на низком конце (низкая скорость) и ограниченный крутящий момент на высоком конце (высокая скорость). Особенности контроллера двигателя постоянного тока зависят от типа двигателя (щеточный, бесщеточный, шаговый) и функциональности устройства, использующего этот двигатель. Попеременная смена Присоединяйтесь к нам за простейшими пояснениями по этой теме. Если обмотки соединены таким образом, что последовательное поле помогает шунтирующему полю, то двигатель называется коллекторным двигателем постоянного тока с кумулятивным соединением. Бесщеточный двигатель постоянного тока (известный как BLDC) представляет собой синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, который приводится в действие электричеством постоянного тока (DC) и реализуется электронным способом. , метод управления, срок службы и многое другое. Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что на проводник с током действует механическая сила, когда он помещается в магнитное поле. Это известно как сила Лоренца. А направление этой силы задается ПРАВИЛОМ ЛЕВОЙ РУЧКИ ФЛЕМИНГА. Коллекторные двигатели постоянного тока работают за счет того, что катушка вращается внутри окружающих магнитов. Находясь в магнитном поле, проводник с током приобретает крутящий момент и развивает тенденцию к движению. Работа двигателя постоянного тока. Зарегистрироваться и делать ставки на вакансии можно бесплатно. Структура щеточного двигателя постоянного тока. А) Гистерезисные потери. 2.1 Общие принципы моторики. мотор-редуктор диаметром 25 мм для продажи, качественная металлическая щетка металлическая коробка передач 25 мм мотор-редуктор постоянного тока 24 В в продаже SHENZHEN HOTEC CO., LTD из Китая. При подаче питания на двигатель через аккумулятор или любой источник постоянного тока электричество течет от источника к якорю. Таким образом, ток, который меняет направление при вращении катушки якоря в магнитном поле, генерирует напряжение (GGL). Принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока Двигатель BLDC работает по тому же принципу, что и щеточный двигатель постоянного тока. Ротор обычно находится внутри двигателя, а статор расположен снаружи. 2. Термин «бесщеточный двигатель постоянного тока» применяется ко многим конфигурациям синхронных двигателей переменного тока, в которых полупроводниковое управление используется для управления токами статора таким образом, чтобы получить максимальный крутящий момент при заданной скорости. Это измеряется с точки зрения соотношения между: Механическая выходная мощность: это требуемый крутящий момент и скорость. Принципы работы и операции. Двигатель BDC состоит из двух магнитов, обращенных в одном направлении, окружающих две катушки провода, которые лежат посередине. Принцип работы двигателя и двигателя постоянного тока. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ДВИГАТЕЛЯ . Коллектор – это часть двигателя, контактирующая со щетками. Вращение катушки вызывает контакт между коммутатором и щеткой. Двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию с использованием электромагнитных принципов. Двигатель – это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Но существенная разница между двумя моторами заключается в использовании щеток. Маркетинговое решение В этом типе двигателя постоянного тока клемма питания находится на одном конце подробных описаний конструкции двигателя, принципа работы, характеристик и методов управления. Контроллер коллекторного двигателя постоянного тока управляет скоростью и крутящим моментом двигателя, регулируя ток и напряжение, подаваемые в него. При использовании материал щетки мягкий и износостойкий. Принцип работы двигателя постоянного тока. Например, контроллер двигателя постоянного тока электромобиля для бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) имеет другую конструкцию и принципы работы по сравнению с промышленным контроллером двигателя постоянного тока для щеточного двигателя. Но насколько эффективен двигатель, который вы используете на самом деле? По сути, принцип работы двигателя постоянного тока заключается в преобразовании отрицательной фазы синусоидальной волны в волну с положительным значением с помощью коммутатора. Щетки обычно изготавливаются из углеродного или графитового материала. Основные принципы работы двигателя BLDC такие же, как и у коллекторного двигателя постоянного тока; т. е. внутренняя обратная связь по положению вала. Одна из двух щеток подключена к положительной, а другая к отрицательной клемме источника питания. Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока. В щеточных двигателях постоянного тока для подачи электроэнергии используются щетки, а в бесщеточных — нет. Серийный двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую на основе электромагнитного принципа. Он состоит из двух потерь. Все щеточные двигатели постоянного тока состоят из 3 основных узлов; статор (магнит и катушка), ротор и щеточная система. Эффективность щеточных двигателей постоянного тока. Принцип двигателя постоянного тока. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что на проводник с током действует механическая сила, когда он помещается в магнитное поле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.