DC-motoren

Gelijkstroomelektromotoren worden gebruikt in deze elektrische aandrijvingen waar een groot bereik van snelheidsregeling, hoge nauwkeurigheid van het handhaven van de rotatiesnelheid van de aandrijving en snelheidsregeling boven het nominale toerental vereist zijn.

Hoe werken gelijkstroommotoren?

De werking van een DC elektromotor is gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische inductie… Uit de basis van de elektrotechniek is bekend dat er een stroomvoerende geleider wordt geplaatst magnetisch veld, werkt de kracht bepaald door de linkerregel:

F = BIL,

waar I de stroom is die door de draad vloeit, is V de inductie van het magnetische veld; L is de lengte van de draad.

Wanneer de draad de magnetische veldlijnen van de machine naar binnen kruist, wordt deze geïnduceerd elektromotorische kracht, die, in relatie tot de stroom in de geleider, ertegen is gericht, daarom wordt het tegengesteld of tegengesteld genoemd (contra-d. d. s). Het elektrische vermogen in de motor wordt omgezet in mechanisch vermogen en wordt gedeeltelijk besteed aan het verwarmen van de draad.

Structureel bestaan ​​alle DC-elektromotoren uit een inductor en een anker gescheiden door een luchtspleet.

Inductor elektromotor gelijkstroom dient om een ​​stationair magnetisch veld van de machine te creëren en bestaat uit een frame, hoofd- en extra polen. Het frame wordt gebruikt om de hoofd- en hulppolen te bevestigen en is een onderdeel van het magnetische circuit van de machine. Spannende spoelen bevinden zich op de hoofdpolen die zijn ontworpen om een ​​magnetisch veld van de machine te creëren, op extra polen - een speciale spoel om commutatieomstandigheden te verbeteren.

De gelijkstroom van de ankerelektromotor bestaat uit het magnetische systeem dat is samengesteld uit afzonderlijke platen, de werkspoel die in de groeven is geplaatst en verzamelaar dient voor de benadering van de constante stroom van de werkende spoel.

Een collector is een cilinder die op de motoras is gespietst en uit geïsoleerde vriend voor vriend op koperen platen is geselecteerd. De collector heeft spanuitsteeksels, waaraan de uiteinden van de secties spoelankers zijn gesoldeerd. Het verzamelen van stroom van de collector gebeurt met behulp van borstels die zorgen voor glijdend contact met de collector. Borstels vast in borstelhouders die ze in een bepaalde positie houden en zorgen voor de nodige borsteldruk op het oppervlak van de collector. Borstels en borstelhouders zijn bevestigd op de traverse, verbonden met de elektromotor van het lichaam.

Commutatie in DC-elektromotoren

Wanneer een elektromotor draait, gaan de DC-borstels die over het oppervlak van de roterende collector glijden achtereenvolgens van de ene collectorplaat naar de andere. In dit geval worden de parallelle secties van de ankerwikkeling geschakeld en verandert de stroom daarin. De stroomverandering vindt plaats terwijl de spoelwinding wordt kortgesloten door de borstel. Dit schakelproces en aanverwante verschijnselen worden commutatie genoemd.

Op het moment van schakelen wordt e geïnduceerd in het kortgesloten gedeelte van de spoel onder invloed van zijn eigen magnetische veld. enz. v. zelfinductie. De resulterende e. enz. c) veroorzaakt extra stroom in de kortsluiting, waardoor een ongelijkmatige verdeling van de stroomdichtheid op het contactoppervlak van de borstels ontstaat. Deze omstandigheid wordt beschouwd als de belangrijkste reden voor het vonken van de collector onder de borstel. De kwaliteit van de commutatie wordt beoordeeld door de mate van vonken onder de achterrand van de borstel en wordt bepaald door de schaal van de mate van vonken.

Methoden van excitatie elektromotoren gelijkstroom

Opgewonden door elektrische machines, begrijp ik het creëren van een magnetisch veld daarin, noodzakelijk voor de werking van een elektromotor... Circuits voor excitatie elektromotoren gelijkstroom getoond in de figuur.

Circuits voor excitatie van gelijkstroommotoren: a - onafhankelijk, b - parallel, c - serie, d - gemengd

Volgens de excitatiemethode zijn DC-elektromotoren verdeeld in vier groepen:

1. Onafhankelijk opgewonden waarbij de NOV-excitatiespoel wordt gevoed door een externe DC-bron.

2. Met parallelle bekrachtiging (shunt), waarbij de bekrachtigingswikkeling SHOV parallel is geschakeld met de voedingsbron van de ankerwikkeling.

3. Bij seriebekrachtiging (serie), waarbij de IDS-bekrachtigingswikkeling in serie is geschakeld met de ankerwikkeling.

4. Gemengde excitatie (gecombineerde) motoren met serie IDS en parallelle SHOV van de excitatiewikkeling.

Soorten gelijkstroommotoren

DC-motoren verschillen voornamelijk in de aard van de excitatie. Motoren kunnen van onafhankelijke, serie- en gemengde excitatie zijn.Tegelijkertijd kan de opwinding worden verwaarloosd. Zelfs als de veldwikkeling is aangesloten op hetzelfde netwerk waaruit het ankercircuit wordt gevoed, dan is ook in dit geval de bekrachtigingsstroom niet afhankelijk van de ankerstroom, aangezien het voedingsnetwerk kan worden beschouwd als een netwerk van oneindig vermogen, en de spanning is permanent.

De veldwikkeling is altijd rechtstreeks op het net aangesloten en daarom heeft de introductie van extra weerstand in het ankercircuit geen effect op de excitatiemodus. De bijzonderheden dat het bestaat met parallelle excitatie in de generatoren, het kan hier niet zijn.

DC-motoren met laag vermogen maken vaak gebruik van permanente magneetexcitatie. Tegelijkertijd wordt het circuit voor het inschakelen van de motor aanzienlijk vereenvoudigd, het koperverbruik wordt verminderd. Er moet echter worden opgemerkt dat hoewel de veldwikkeling is uitgeschakeld, de afmetingen en het gewicht van het magnetische systeem niet lager zijn dan bij elektromagnetische bekrachtiging van de machine.

De eigenschappen van motoren worden grotendeels bepaald door hun systeem. spanning.

Hoe groter de motor, hoe groter het natuurlijke koppel en dus ook het vermogen. Daarom kunt u met een hogere rotatiesnelheid en dezelfde afmetingen meer motorvermogen krijgen. In dit opzicht zijn DC-motoren in de regel ontworpen, vooral met een laag vermogen bij hoge snelheden - 1000-6000 tpm.

Houd er echter rekening mee dat de rotatiesnelheid van de werklichamen van de productiemachines aanzienlijk lager is. Daarom moet er een versnellingsbak worden geïnstalleerd tussen de motor en de werkende machine.Hoe hoger het motortoerental, hoe complexer en duurder de versnellingsbak wordt. In installaties met hoog vermogen, waar de versnellingsbak een dure eenheid is, zijn de motoren ontworpen op aanzienlijk lagere snelheden.

Houd er ook rekening mee dat een mechanische versnellingsbak altijd een significante fout introduceert. Daarom is het in precisie-installaties wenselijk om motoren met een laag toerental te gebruiken, die rechtstreeks of via de eenvoudigste overbrenging op werkende lichamen kunnen worden aangesloten. In dit verband verschenen de zogenaamde motoren met een hoog koppel bij lage toerentallen. Deze motoren worden veel gebruikt in metaalsnijmachines, waar ze met kogelomloopspindels worden geleed met verdringingslichamen zonder tussenverbindingen.

Elektromotoren verschillen ook qua ontwerp wanneer tekens betrekking hebben op de omstandigheden van hun werking. Voor normale omstandigheden worden zogenaamde open en beschermde motoren gebruikt, luchtgekoelde ruimtes waarin ze zijn geïnstalleerd.

Door middel van een op de motoras geplaatste ventilator wordt lucht door de kanalen van de machine geblazen. In agressieve omgevingen worden gesloten motoren gebruikt die worden gekoeld door een extern lamellenoppervlak of een externe luchtstroom. Tot slot zijn er motoren met speciale explosieve atmosfeer beschikbaar.

Specifieke vereisten voor het ontwerp van de motor worden gepresenteerd wanneer het nodig is om hoge prestaties te garanderen - een snelle stroom van versnellings- en vertragingsprocessen. In dit geval moet de motor een speciale geometrie hebben - een kleine diameter van het anker met zijn lange lengte.

Om de inductantie van de wikkeling te verminderen, wordt deze niet in de kanalen gelegd, maar op het oppervlak van een glad anker.De spoel is bevestigd met lijm zoals epoxyhars. Bij een lage spoelinductantie is het essentieel dat de commutatievoorwaarden van de collector worden verbeterd, er zijn geen extra polen nodig, er kan een collector met kleinere afmetingen worden gebruikt. Dit laatste vermindert het traagheidsmoment van het motoranker verder.

Nog grotere mogelijkheden om mechanische traagheid te verminderen, bieden het gebruik van een hol anker, dat een cilinder is van isolerend materiaal. Op het oppervlak van deze cilinder bevindt zich een wikkeling die is gemaakt door te drukken, te stempelen of door op een sjabloon op een speciale machine te tekenen. De spoel is bevestigd met zelfklevende materialen.

In een roterende cilinder om paden te creëren, is een stalen kern nodig voor de doorgang van de magnetische flux. In motoren met gladde en holle ankers, als gevolg van een toename van de openingen in het magnetische circuit door de introductie van wikkelingen en isolatiematerialen daarin, neemt de vereiste magnetiseringskracht om de vereiste magnetische flux te geleiden aanzienlijk toe. Dienovereenkomstig blijkt het magnetische systeem meer ontwikkeld te zijn.

Motoren met lage traagheid omvatten ook schijfankermotoren. Schijven waarop de windingen zijn aangebracht of gelijmd, gemaakt van een dun isolerend materiaal dat niet vervormt, bijvoorbeeld glas. Een magneetsysteem in de bipolaire uitvoering bestaat uit twee klemmen, waarvan er één de bekrachtigingsspoelen bevat. Vanwege de lage inductantie van de ankerwikkeling heeft de machine in de regel geen collector en wordt de stroom door borstels rechtstreeks van de wikkeling verwijderd.

Het moet ook worden vermeld over de lineaire motor, die geen roterende beweging en translatie biedt.Het vertegenwoordigt de motor, het magnetische systeem waarop het zich bevindt en de polen zijn gemonteerd op de bewegingslijn van het anker en het overeenkomstige werklichaam van de machine. Het anker is meestal ontworpen als een anker met lage traagheid. De grootte en kosten van de motor zijn groot, aangezien er een aanzienlijk aantal palen nodig is om beweging langs een bepaald weggedeelte te bieden.

Gelijkstroommotoren starten

Op het eerste moment van het starten van de motor is het anker stationair en tegenovergesteld. enz. C. ivoltage in het anker is gelijk aan nul, dus Ip = U / Rya.

De weerstand van het ankercircuit is klein, dus de inschakelstroom is meer dan 10 - 20 keer of meer nominaal. Dit kan aanzienlijk veroorzaken elektrodynamische inspanningen in de ankerwikkeling en de overmatige oververhitting ervan, waardoor de motor begint te gebruiken beginnende reostaten — actieve weerstanden opgenomen in het ankercircuit.

Motoren tot 1 kW kunnen direct worden gestart.

De weerstandswaarde van de startreostaat wordt geselecteerd op basis van de toegestane startstroom van de motor. De reostaat wordt in fasen gemaakt om de soepelheid van het starten van de elektromotor te verbeteren.

Aan het begin van de start wordt de volledige weerstand van de reostaat ingevoerd. Naarmate de ankersnelheid toeneemt, is er een tegen-e. D. s, die de inschakelstromen beperkt.Door stap voor stap de weerstand van de reostaat uit het ankercircuit te verwijderen, neemt de aan het anker geleverde spanning toe.

Snelheidsregeling elektromotor gelijkstroom

DC-motorsnelheid:

waarbij U de voedingsspanning is; Iya — ankerstroom; Ri is de ankerweerstand van het circuit; kc — coëfficiënt die het magnetische systeem kenmerkt; F is de magnetische flux van de elektromotor.

Uit de formule blijkt dat de rotatiesnelheid van de gelijkstroom van de elektromotor op drie manieren kan worden aangepast: door de excitatieflux van de elektromotor te veranderen, door de aan de elektromotor geleverde spanning te veranderen en door de weerstand in ankercircuits te veranderen .

De eerste twee besturingsmethoden worden het meest gebruikt, de derde methode wordt zelden gebruikt: het is oneconomisch en het motortoerental is sterk afhankelijk van belastingschommelingen. De resulterende mechanische eigenschappen worden getoond in Fig.

Mechanische kenmerken van een DC-motor met verschillende snelheidsregelingsmethoden

De vetgedrukte lijn is de natuurlijke afhankelijkheid van de snelheid van het askoppel, of, wat hetzelfde is, van de ankerstroom. De rechte lijn met natuurlijke mechanische eigenschappen wijkt enigszins af van de horizontale stippellijn. Deze afwijking wordt instabiliteit, niet-rigiditeit, soms statisme genoemd. Een groep niet-parallelle rechte lijnen I komt overeen met snelheidsregeling door excitatie, parallelle rechte lijnen II worden verkregen als resultaat van het veranderen van de ankerspanning, ten slotte is ventilator III het resultaat van het introduceren van actieve weerstand in het ankercircuit.

De grootte van de bekrachtigingsstroom van een gelijkstroommotor kan worden geregeld met behulp van een reostaat of een ander apparaat waarvan de weerstand in grootte kan worden gevarieerd, zoals een transistor. Naarmate de weerstand in het circuit toeneemt, neemt de veldstroom af en neemt het motortoerental toe.Wanneer de magnetische flux afneemt, zijn de mechanische kenmerken boven de natuurlijke (dwz boven de kenmerken bij afwezigheid van een reostaat). Een toename van het motortoerental leidt tot meer vonken onder de borstels. Bovendien, wanneer de elektromotor werkt met een verzwakte flux, neemt de stabiliteit van zijn werking af, vooral bij variabele asbelastingen. Daarom overschrijden de snelheidsregelingslimieten op deze manier niet 1,25 - 1,3 keer de nominale waarde.

Spanningsregeling vereist een constante stroombron zoals een generator of omvormer. Soortgelijke regeling wordt gebruikt in alle industriële elektrische aandrijfsystemen: generator - gelijkstroomaandrijving (G - DPT), elektrische machineversterker - DC-motor (EMU - DPT), magnetische versterker - DC-motor (MU - DPT), thyristor omvormer — Gelijkstroommotor (T — DPT).

Stop elektromotoren gelijkstroom

Bij elektrische aandrijvingen met DC-elektromotoren worden drie remmethoden gebruikt: dynamisch, regeneratief en oppositioneel remmen.

Dynamisch remmen DC-motor wordt gedaan door kortsluiting van de ankerwikkeling van de motor of door weerstand… Waarin een gelijkstroommotor als generator gaat werken en opgeslagen mechanische energie omzet in elektrische energie. Deze energie komt vrij als warmte in de weerstand waarmee de ankerwikkeling is gesloten. Dynamisch remmen zorgt voor nauwkeurig afremmen op de motor.

Regeneratief remmen De gelijkstroommotor werkt wanneer hij op het elektriciteitsnet is aangesloten en de elektromotor wordt door het aandrijfmechanisme geroteerd met een snelheid die hoger is dan het ideale stationaire toerental. Dan d.etc.s geïnduceerd in de motorwikkeling zal de lijnspanningswaarde overschrijden, de stroom in de motorwikkeling zal van richting veranderen. Een elektromotor gaat in generatormodus aan het werk en levert energie aan het netwerk. Tegelijkertijd treedt er een remmoment op de as op. Een dergelijke modus kan worden verkregen in de aandrijvingen van hefmechanismen bij het laten zakken van de last, evenals bij het regelen van de snelheid van de motor en tijdens remprocessen in elektrische aandrijvingen met gelijkstroom.

Regeneratief remmen van een gelijkstroommotor is de meest economische methode, aangezien in dit geval de elektriciteit wordt teruggeleverd aan het net. Bij de elektrische aandrijving van metaalsnijmachines wordt deze methode gebruikt voor snelheidsregeling in de systemen G — DPT en EMU — DPT.

Het stoppen van de tegengestelde DC-motor wordt gedaan door de polariteit van de spanning en stroom in de ankerwikkeling te veranderen. Wanneer de ankerstroom interageert met het magnetische veld van de bekrachtigingsspoel, ontstaat een remkoppel, dat afneemt naarmate de rotatiesnelheid van de elektromotor afneemt. Wanneer het toerental van een elektromotor tot nul daalt, moet de elektromotor worden losgekoppeld van het netwerk, anders gaat hij de andere kant op draaien.