Motorul DC: principiul funcționării. Motor DC: Dispozitiv

Primul dintre electromechinele de rotație inventate în secolul al XIX-lea este motorul DC. Principiul funcționării sale este cunoscut de la mijlocul secolului trecut, iar până în prezent motoarele DC continuă să servească cu credincioșie un om, conducând multe mașini și mecanisme utile.

Primul DFT

Din anii 30 ai secolului al XIX-lea, în dezvoltarea lor au trecut prin mai multe etape. Faptul este că înainte de apariția la sfârșitul secolului al nouăsprezecelea al mașinii alternatoare singura sursă de energie electrică era o celulă galvanică. Prin urmare, toate primele motoare electrice ar putea funcționa numai pe curentul direct.

Care a fost primul motor DC? Principiul funcționării și amenajării motoarelor construite în prima jumătate a secolului al XIX-lea a fost următorul. Domeniul principal a fost un set fix de magneți sau electromagneți permanent tijă, nu a avut un circuit magnetic închis general. Salient poli armătură formată mai mulți magneți tija separate, pe o axă comună, care au fost conduse de forțele de repulsie și atractive pentru polii inductorului. reprezentanți tipici ai acestora au fost motoare W. Ricci (1833) și B. Jacoby (1834), echipate cu comutatoare mecanice curent în electromagneților cu armăturile contacte mobile în circuitul înfășurării armăturii.

Cum funcționa motorul Jacobi

Care a fost principiul acestei mașini? Motorul curentului Jacobi și analogii lui au avut un moment electromagnetic pulsatoriu. În timpul convergenței poli opuse ale armăturii și inductorul de cuplu magnetic motor de forță de atracție a atins rapid un maxim. Apoi, atunci când locația pol al armăturii opuse polii inductor, un comutator mecanic și rupe curentul în electromagneți armăturii. Momentul a scăzut la zero. Datorită inerției armăturii și poli mecanism de ancorare condus de sub poli inductor, în acest moment în ele de curentul de comutare este alimentat în direcția opusă, polaritatea lor, de asemenea inversat, iar forța de gravitație la cel mai apropiat pol al inductorului se înlocuiește cu o forță de respingere. Astfel, motorul Jacobi a fost rotit prin tracțiuni succesive.

Apare o ancoră inelară

În electromagneții de bază ai armăturii motorului Jacobi, curentul a fost oprit periodic, câmpul magnetic creat de ei a dispărut, iar energia sa a fost transformată în pierderi termice în bobine. Astfel, transformarea electromecanică a sursei de curent electric a armăturii (celula galvanică) la curentul mecanic a avut loc în ea cu întreruperi. Aveam nevoie de un motor cu o înfășurare continuă închisă, curentul în care să curgă continuu pe toată durata funcționării sale.

Și astfel de fuhtufn a fost creat în 1860 de către A. Pacinotti. Care a fost diferența dintre motorul DC și predecesorii săi? Principiul de funcționare și construirea motorului Pacintotti sunt după cum urmează. Ca ancora, a folosit un inel de oțel cu spițe fixate pe un arbore vertical. În acest caz, ancora nu avea stâlpi clar exprimați. El a devenit un pol implicit.

bobina de armătură Înfășurarea au fost înfășurat între spițele inelului, al cărui capete sunt conectate în serie pe ancora și din punctele de racordare a câte două bobine au fost realizate la robinet conectate la plăci colectoare dispuse pe circumferința inferioară a axului motorului, numărul care este egal cu numărul de bobine. Întreaga armătură a fost închisă în sine și puncte de conexiune seriale ale bobinelor sale sunt conectate la plăcile colectoare adiacente, care glisează pe o pereche de role de alimentare cu curent.

Ancora inelară a fost plasată între polii doi electromagneți fixe inductor-stator, astfel încât liniile de forță produsă de acestea excitație câmp magnetic inclus în suprafața cilindrică exterioară a armăturii motorului la excitație polul nord a trecut prin armătura inelară, fără a se deplasează în interiorul găurii sale și iese sub polul sudic.

Cum a funcționat motorul Pachinotti

Care a fost principiul său de funcționare? Motorul de curent continuu Pachinotti a lucrat exact ca DPT modern.

Câmpul magnetic al polilor inductor cu polarități aceasta a fost întotdeauna un anumit număr de conductoare ale armăturii de curent cu direcția constantă de înfășurare, în care bobina sub diferite poli ai direcției curentului armătură a fost inversată. Acest lucru a fost realizat prin plasarea cilindrilor cu curent care joacă rolul de perii în spațiul dintre polii inductorului. De aceea, pentru armături de curent instantaneu curge la bobina prin rola, placa colector și legat de acesta robinete, care este, de asemenea, în spațiul dintre poli, apoi curge în direcții opuse pe cele două poluobmotkam ramuri, și în cele din urmă să curgă prin linia de ramură, o placă de colector și rola într-un alt interpolar interval. În acest caz, bobinele de armatură sub sectoarele inductorului s-au schimbat, dar direcția curentă în ele a rămas neschimbată.

pe legea lui Ampere, Pentru fiecare conductor al bobinei de armatură cu curent, care este în câmpul magnetic al polului inductor, acționează o forță, a cărei direcție este determinată de regula binecunoscută a "mâinii stângi". În ceea ce privește axa motorului, această forță a creat un cuplu, iar suma momentelor de la toate forțele determină cuplul total al DCT, care este deja aproape constant pentru mai multe plăci ale colectorului.

DFT cu o armătură de inel și o înfășurare gramatică

Așa cum sa întâmplat adesea în istoria științei și tehnologiei, invenția lui A. Pacinotti nu a găsit aplicații. A fost uitată timp de 10 ani, până în 1870 a fost repetată independent de inventatorul franco-german Z. Gramm într-o construcție similară generator de curent continuu. În aceste mașini, axa de rotație a fost deja orizontală, iar periile de carbon au fost utilizate prin alunecarea peste plăcile colectorilor de un design aproape modern. Până în anii șaptezeci ai secolului al XIX-lea, principiul reversibilității mașinilor electrice a devenit cunoscut, iar mașina Gram a fost utilizată ca generator și cu motor de curent continuu. Principiul funcționării sale este deja descris mai sus.

În ciuda faptului că invenția ancorei inelară a reprezentat un pas important în dezvoltarea DPT, lichidarea sa (numită Grammovaya) a avut un dezavantaj semnificativ. În câmpul magnetic al polilor inductori, au fost localizați numai acei conductori (numiți conductori activi) care se aflau sub acești poli pe suprafața cilindrică exterioară a armăturii. Pentru acele magneți puterea lui Ampere, creând un cuplu relativ la axa motorului. Aceiași conductori inactivi care au trecut prin gaura ancorei inele nu au participat la crearea momentului. Ei doar inutil împrăștiate de energie electrică sub forma pierderilor de căldură.

De la ancora de inel la tambur

Eliminarea acestui dezavantaj al ancorei inele a fost în 1873, faimosul inginer electric german german, F. Gefner-Altenek. Cum funcționa motorul DC? Principiul de funcționare, dispozitivul statorului său inductor este același cu cel al unui motor cu o înfășurare a inelului. Dar designul armăturii și înfășurarea sa schimbat.

Gefner-Altenek a atras atenția asupra faptului că direcția curentului de armatură care curge din periile fixe din conductorii de înfășurare a lui Gram sub poli de excitație vecini este întotdeauna opus, adică acestea pot fi incluse în compoziția bobinelor situate pe suprafața cilindrică exterioară a bobinei cu o lățime (pas) egală cu diviziunea de pol (o parte a circumferinței armăturii pe un pol de excitație).

În acest caz, gaura din ancora inelară devine inutilă și devine un cilindru solid (tambur). O astfel de înfășurare și ancora în sine au fost denumite tambur. Consumul de cupru în el pentru un număr identic de conductori activi este mult mai mic decât în ​​cazul înfășurării Gramm.

Ancora devine zimțată

În mașinile lui Gram și Gefner-Altenek, suprafața ancorei era netedă, iar conductorii de înfășurare erau situați în spațiul dintre el și poli de inductor. Distanța dintre suprafața cilindrică concavă a stâlpului de excitație și suprafața convexă a ancorei a fost de câțiva milimetri. Prin urmare, pentru a crea câmpul magnetic necesar, a fost necesar să se utilizeze bobine de excitație cu o forță magnetomotivă mare (cu un număr mare de ture). Acest lucru a sporit semnificativ dimensiunile și greutatea motoarelor. În plus, pe suprafața netedă a armăturii bobinei sale a fost dificil de atașat. Dar cum să fim? La urma urmei, pentru a acționa pe un conductor cu un curent de forță Ampé, acesta trebuie să fie localizat în puncte de spațiu cu un câmp magnetic mare (cu o mare inducție magnetică).

Sa dovedit că acest lucru nu este necesar. American inventator H. Maxim arma a arătat că în cazul în care ancora efectua de viteze cu tambur, iar șanțurile formate între dinții pentru a plasa înfășurarea bobinei tamburului, diferența dintre polii și excitație poate fi redusă la fracțiuni de milimetru. Este posibil să se reducă în mod semnificativ dimensiunea bobine de excitație, dar DPT cuplul nu a scăzut.

Cum funcționează un astfel de motor DC? Principiul de funcționare se bazează pe faptul că, cu o armătură dentară, forța magnetică nu este aplicată conductorilor în canelurile sale (nu există practic nici un câmp magnetic în ele), ci doar la perii. În acest caz, prezența curentului în conductor în canelură este crucială pentru apariția acestei forțe.

Cum să scapi de curenții turbionari

O altă îmbunătățire majoră a fost introdusă de faimosul inventator T. Edison. Ce a adăugat la motorul DC? Principiul acțiunii a rămas neschimbat, dar materialul din care sa făcut ancora sa schimbat. În loc de masivul anterior, acesta a devenit laminat din tablă de oțel subțire izolată electric. Acest lucru a făcut posibilă reducerea magnitudinii curenților turbionari (curenți Foucault) din armătură, ceea ce a dus la creșterea eficienței motorului.

Principiul motorului DC

Pe scurt, el poate fi formulat după cum urmează: la conectarea înfășurării ancorei unui motor excitat la o sursă de alimentare, în el apare un curent mare numit curent de pornire și depășind valoarea sa nominală de mai multe ori. Mai mult, sub polii excitării polarității opuse, direcția curentului din conductoarele înfășurării armăturii este, de asemenea, opusul, așa cum se arată în figura de mai jos. Potrivit regula "mâinii stângi", Forțele amperi acționează asupra acestor conductori, îndreptate în sens invers acelor de ceasornic și tragând ancora. În conductorii de înfășurare este indusă armătura forța electromotoare (anti-EMF), Împotriva tensiunii sursei de alimentare. Pe măsură ce ancora se dispersează, anti-EMF în lichidare crește, de asemenea. În consecință, curentul de armatură este redus de la armătura de pornire la valoarea corespunzătoare punctului de funcționare al caracteristicilor motorului.

Pentru a mări viteza de rotație a armăturii, este necesar fie să măriți curentul în bobină, fie să reduceți contra-emf-ul în el. Aceasta din urmă poate fi realizată prin scăderea câmpului magnetic al excitației prin reducerea curentului în bobina de excitație. Această metodă de control al vitezei DPT a devenit larg răspândită.

Principiul motorului DC cu excitație independentă

Odată cu includerea terminalelor de lichidare de câmp (OB) la o sursă de alimentare separată (OM independent) puternic DPT, de obicei, pentru a face efectuat mai convenabil pentru a controla intensitatea curentului de excitație (pentru a modifica viteza de rotație). Pe proprietățile DPT cu OB independent DPT substanțial similar cu OB, conectat în paralel cu armătura de înfășurare.

Excitare paralelă a DPT

Principiul de funcționare al motorului de curent continuu al excitației paralele este determinat de caracteristica sa mecanică, adică dependența vitezei de rotație a momentului de încărcare pe arborele său. Pentru un astfel de motor, modificarea vitezei în timpul trecerii de la rotația în mers în gol la momentul încărcării nominale este de la 2 la 10%. Asemenea caracteristici mecanice sunt numite rigide.

Astfel, principiul motorului de curent continuu cu excitație paralelă determină utilizarea lui în acționări cu o viteză constantă de rotație cu o gamă largă de variație a sarcinii. Cu toate acestea, este utilizat pe scară largă într-o unitate de viteză variabilă reglabilă. Pentru a regla viteza sa, se poate aplica o schimbare atât a curentului de armatură, cât și a curentului de excitație.

Excitație consecutivă a DFT

Principiul de funcționare al motorului de curent continuu de excitație serie ca în paralel, este determinată de caracteristica mecanică, care în acest caz este moale, deoarece turația motorului variază în mod semnificativ în funcție de modificările încărcării. Unde este cel mai avantajos folositor un astfel de motor DC? Principiul de funcționare al vitezei motorului de tracțiune feroviară care ar trebui să scadă la depășirea crește compoziția și revenirea la mișcarea nominală când câmpiei corespunde în totalitate cu DPT secvențial OB conectat la înfășurarea armăturii. Prin urmare, o parte semnificativă de locomotive electrice din lume, dotate cu astfel de dispozitive.

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu cu excitație serie pune în aplicare motoare ca pulsatorii curentul de tracțiune, care sunt în esență aceleași cu DPT coerente RH, dar special concepute pentru a funcționa cu rectificat deja la bord curentul electric având o ondulație substanțială.