DC motory

Stejnosměrné elektromotory se u těchto elektropohonů používají tam, kde je vyžadován velký rozsah regulace otáček, vysoká přesnost udržování otáček pohonu a regulace otáček nad jmenovitými otáčkami.

Jak fungují stejnosměrné motory?

Provoz stejnosměrného elektromotoru je založen na fenomén elektromagnetické indukce… Ze základů elektrotechniky je známo, že je umístěn vodič s proudem magnetické pole, síla určená levým pravidlem působí:

F = BIL,

kde I je proud procházející drátem, V je indukce magnetického pole; L je délka drátu.

Když drát protíná magnetické siločáry stroje směrem dovnitř, je indukován elektromotorická síla, který ve vztahu k proudu ve vodiči směřuje proti němu, proto se nazývá opačný nebo opačný (kontra-d. d. s). Elektrická energie v motoru se přeměňuje na mechanickou energii a částečně se spotřebuje na ohřev drátu.

Konstrukčně se všechny stejnosměrné elektromotory skládají z induktoru a kotvy oddělené vzduchovou mezerou.

Indukční elektromotor stejnosměrný proud slouží k vytvoření stacionárního magnetického pole stroje a skládá se z rámu, hlavního a přídavného pólu. Rám slouží k upevnění hlavního a pomocného pólu a je prvkem magnetického obvodu stroje. Budící cívky jsou umístěny na hlavních pólech určených k vytvoření magnetického pole stroje, na přídavných pólech - speciální cívka pro zlepšení komutačních podmínek.

Kotevní elektromotor stejnosměrný se skládá z magnetického systému sestaveného z jednotlivých plechů, pracovní cívky umístěné v drážkách a kolektor slouží k přiblížení konstantního proudu pracovní cívky.

Kolektor je válec nabodnutý na hřídel motoru a vybraný z izolovaného přítele přítelem na měděných plátech. Sběrač má napínací výstupky, ke kterým jsou na koncích sekcí připájeny kotvy cívek. Sběr proudu z kolektoru se provádí pomocí kartáčů, které zajišťují kluzný kontakt s kolektorem. Kartáče upevněné v držácích kartáčů, které je drží v určité poloze a zajišťují potřebný přítlak kartáče na povrch kolektoru. Kartáče a držáky kartáčů jsou upevněny na traverze, spojené s elektromotorem tělesa.

Komutace ve stejnosměrných elektromotorech

Když je elektromotor v chodu, stejnosměrné kartáče klouzající po povrchu rotujícího kolektoru přecházejí postupně z jedné kolektorové desky na druhou. V tomto případě jsou paralelní sekce vinutí kotvy přepnuty a proud v nich se mění. Ke změně proudu dochází, když je závit cívky zkratován kartáčem. Tento proces přepínání a související jevy se nazývají komutace.

V okamžiku sepnutí se vlivem vlastního magnetického pole indukuje e ve zkratovaném úseku cívky. atd. v. samoindukce. Výsledný e. atd. c. způsobuje další proud ve zkratu, který vytváří nerovnoměrné rozložení hustoty proudu na kontaktní ploše kartáčů. Tato okolnost je považována za hlavní důvod vzniku oblouku kolektoru pod kartáčem. Kvalita komutace se posuzuje podle stupně jiskření pod odtokovou hranou kartáče a je určena stupnicí stupně jiskření.

Způsoby buzení elektromotorů stejnosměrným proudem

Buzení elektrickými stroji, rozumím v nich vytváření magnetického pole, nutného pro chod elektromotoru... Obvody pro budicí elektromotory stejnosměrný proud znázorněn na obrázku.

Obvody pro buzení stejnosměrných motorů: a — nezávislé, b — paralelní, c — sériové, d — smíšené

Podle způsobu buzení se stejnosměrné elektromotory dělí do čtyř skupin:

1. Nezávisle buzení tam, kde je budicí cívka NOV napájena externím stejnosměrným zdrojem.

2. S paralelním buzením (shunt), u kterého je budicí vinutí SHOV zapojeno paralelně s napájecím zdrojem vinutí kotvy.

3. Se sériovým buzením (sériovým), kde je budicí vinutí IDS zapojeno sériově s vinutím kotvy.

4. Motory se smíšeným buzením (kombinované), které mají sériové IDS a paralelní SHOV budícího vinutí.

Typy stejnosměrných motorů

Stejnosměrné motory se liší především povahou buzení. Motory mohou být nezávislé, sériové a smíšené buzení.Paralelně může být vzrušení zanedbáno. I když je budicí vinutí připojeno ke stejné síti, ze které je napájen obvod kotvy, pak ani v tomto případě nezávisí budicí proud na proudu kotvy, protože napájecí síť lze považovat za síť nekonečného výkonu, a napětí je trvalé.

Budicí vinutí je vždy připojeno přímo k síti a proto zavedení dodatečného odporu do obvodu kotvy nemá žádný vliv na režim buzení. Specifika, že existuje s paralelním buzením v generátorech, tady to být nemůže.

Nízkovýkonové stejnosměrné motory často používají buzení permanentním magnetem. Současně se výrazně zjednoduší obvod pro zapnutí motoru, sníží se spotřeba mědi. Je však třeba poznamenat, že ačkoliv je budicí vinutí vypnuto, rozměry a hmotnost magnetického systému nejsou nižší než u elektromagnetického buzení stroje.

Vlastnosti motorů jsou do značné míry určeny jejich systémem. vzrušení.

Čím větší je velikost motoru, tím větší je přirozený točivý moment a tím i výkon. Proto s vyšší rychlostí otáčení a stejnými rozměry můžete získat větší výkon motoru. V tomto ohledu jsou zpravidla navrženy stejnosměrné motory, zejména s nízkým výkonem při vysokých otáčkách - 1000-6000 ot / min.

Je však třeba mít na paměti, že rychlost otáčení pracovních orgánů výrobních strojů je výrazně nižší. Proto musí být mezi motor a pracovní stroj instalována převodovka.Čím vyšší jsou otáčky motoru, tím je převodovka složitější a dražší. Ve vysoce výkonných instalacích, kde je převodovka drahou jednotkou, jsou motory konstruovány na výrazně nižší otáčky.

Je také třeba mít na paměti, že mechanická převodovka vždy přináší významnou chybu. Proto je v přesných instalacích žádoucí používat pomaloběžné motory, které by mohly být připojeny k pracovním orgánům přímo nebo přes nejjednodušší převod. V této souvislosti se objevily tzv. motory s vysokým točivým momentem při nízkých otáčkách. Tyto motory jsou široce používány v obráběcích strojích, kde jsou kloubově spojeny s posuvnými tělesy bez jakýchkoli mezispojení pomocí kuličkových šroubů.

Elektromotory se také liší v konstrukci, když se znaky vztahují k podmínkám jejich provozu. Pro běžné podmínky se používají tzv. otevřené a chráněné motory, vzduchem chlazené místnosti, ve kterých jsou instalovány.

Vzduch je vháněn potrubím stroje pomocí ventilátoru umístěného na hřídeli motoru. V agresivním prostředí se používají uzavřené motory chlazené vnějším žebrovaným povrchem nebo vnějším proudem vzduchu. Konečně jsou k dispozici speciální motory s výbušnou atmosférou.

Specifické požadavky na konstrukci motoru jsou uvedeny, když je nutné zajistit vysoký výkon — rychlý průběh procesů zrychlení a zpomalení. V tomto případě musí mít motor speciální geometrii — malý průměr kotvy při její dlouhé délce.

Aby se snížila indukčnost vinutí, není položena v kanálech a na povrchu hladké kotvy.Cívka je upevněna lepidly, jako je epoxidová pryskyřice. Při nízké indukčnosti cívky je nezbytné zlepšit komutační podmínky kolektoru, není potřeba dalších pólů, lze použít kolektor menších rozměrů. Ten dále snižuje moment setrvačnosti kotvy motoru.

Ještě větší možnosti pro snížení mechanické setrvačnosti poskytuje použití duté kotvy, což je válec z izolačního materiálu. Na povrchu tohoto válce je umístěn návin vyrobený tiskem, ražením nebo kreslením na šablonu na speciálním stroji. Cívka je upevněna lepicími materiály.

Uvnitř rotujícího válce k vytvoření drah je pro průchod magnetického toku nezbytné ocelové jádro. U motorů s hladkými a dutými kotvami se v důsledku zvětšení mezer v magnetickém obvodu v důsledku zavádění vinutí a izolačních materiálů do nich výrazně zvyšuje potřebná magnetizační síla pro vedení požadovaného magnetického toku. V souladu s tím se magnetický systém ukazuje jako rozvinutější.

Mezi motory s nízkou setrvačností patří také motory s kotoučovou kotvou. Disky, na kterých jsou vinutí aplikována nebo nalepena, vyrobené z tenkého izolačního materiálu, který se nedeformuje, například ze skla. Magnetický systém v bipolární verzi se skládá ze dvou svorek, z nichž v jedné jsou umístěny budicí cívky. Kvůli nízké indukčnosti vinutí kotvy nemá stroj zpravidla kolektor a proud je odváděn kartáči přímo z vinutí.

Je třeba zmínit také lineární motor, který neposkytuje rotační a translační pohyb.Představuje motor, magnetický systém, na kterém je umístěn a póly jsou namontovány na linii pohybu kotvy a příslušného pracovního těla stroje. Kotva je obvykle navržena jako kotva s nízkou setrvačností. Velikost a cena motoru je velká, protože k zajištění pohybu po daném úseku silnice je zapotřebí značný počet sloupů.

Spouštění stejnosměrných motorů

V počátečním okamžiku spuštění motoru je kotva nehybná a protilehlá. atd. c. napětí v kotvě je rovno nule, proto Ip = U / Rya.

Odpor obvodu kotvy je malý, takže zapínací proud přesahuje 10-20krát nebo více jmenovitých hodnot. To může způsobit významné elektrodynamické úsilí ve vinutí kotvy a jeho nadměrnému přehřívání, kvůli kterému se motor začíná používat startovací reostaty — aktivní odpory zahrnuté v obvodu kotvy.

Motory do 1 kW lze spouštět přímo.

Hodnota odporu rozběhového reostatu se volí podle dovoleného rozběhového proudu motoru. Reostat se vyrábí ve stupních, aby se zlepšila plynulost spouštění elektromotoru.

Na začátku startu se zadá celý odpor reostatu. Jak se rychlost kotvy zvyšuje, dochází k protie. d. s, který omezuje zapínací proudy Postupným odstraňováním odporu reostatu z obvodu kotvy se zvyšuje napětí přiváděné do kotvy.

Stejnosměrný elektrický motor s regulací otáček

Rychlost DC motoru:

kde U je napájecí napětí; Iya — armovací proud; Ri je odpor kotvy obvodu; kc — koeficient charakterizující magnetický systém; F je magnetický tok elektromotoru.

Ze vzorce je patrné, že rychlost otáčení stejnosměrného proudu elektromotoru lze upravit třemi způsoby: změnou budícího toku elektromotoru, změnou napětí dodávaného do elektromotoru a změnou odporu v obvodech kotvy. .

Nejrozšířenější jsou první dva způsoby řízení, třetí způsob se používá zřídka: je neekonomický a otáčky motoru výrazně závisí na kolísání zátěže. Výsledné mechanické vlastnosti jsou znázorněny na Obr.

Mechanické vlastnosti stejnosměrného motoru s různými způsoby řízení otáček

Tučná čára je přirozená závislost otáček na točivém momentu hřídele, nebo, což je totéž, na proudu kotvy. Přímka s přirozenými mechanickými charakteristikami se poněkud odchyluje od vodorovné přerušované čáry. Tato odchylka se nazývá nestabilita, nerigidita, někdy etatismus. Skupina neparalelních přímek I odpovídá regulaci otáček buzením, paralelní přímky II jsou získány změnou napětí kotvy, konečně ventilátor III je výsledkem zavedení aktivního odporu do obvodu kotvy.

Velikost budícího proudu stejnosměrného motoru může být řízena pomocí reostatu nebo jakéhokoli zařízení, jehož odpor může být měněn ve velikosti, jako je tranzistor. S rostoucím odporem v obvodu se budicí proud snižuje, otáčky motoru se zvyšují.Když magnetický tok slábne, mechanické charakteristiky jsou nad přirozenými (tj. nad charakteristikami v nepřítomnosti reostatu). Zvýšení otáček motoru vede ke zvýšení jiskření pod kartáči. Kromě toho, když elektromotor pracuje s oslabeným tokem, klesá stabilita jeho provozu, zejména při proměnlivém zatížení hřídele. Proto limity regulace rychlosti tímto způsobem nepřekračují 1,25-1,3násobek jmenovité hodnoty.

Regulace napětí vyžaduje zdroj konstantního proudu, jako je generátor nebo měnič. Obdobná regulace se používá ve všech průmyslových systémech elektrického pohonu: generátor - stejnosměrný pohon (G - DPT), zesilovač elektrického stroje - DC motor (EMU - DPT), magnetický zesilovač - DC motor (MU - DPT), tyristorový měnič — Stejnosměrný motor (T – DPT).

Zastavte elektromotory stejnosměrný proud

U elektrických pohonů se stejnosměrnými elektromotory se používají tři způsoby brzdění: dynamické, rekuperační a opoziční brzdění.

Dynamické brzdění stejnosměrného motoru se provádí zkratováním vinutí kotvy motoru nebo pomocí odpor… Ve kterém stejnosměrný motor začíná pracovat jako generátor a přeměňuje uloženou mechanickou energii na elektrickou energii. Tato energie se uvolňuje jako teplo v odporu, na který je uzavřeno vinutí kotvy. Dynamické brzdění zajišťuje přesné brzdění motorem.

Rekuperační brzdění Stejnosměrný motor provádí při připojení k elektrické síti elektromotor se otáčí hnacím mechanismem rychlostí přesahující ideální volnoběžné otáčky. Potom d.atd. indukované ve vinutí motoru překročí hodnotu síťového napětí, proud ve vinutí motoru změní směr. Elektrický motor pracuje v režimu generátoru a dodává energii do sítě. Na jeho hřídeli přitom vzniká brzdný moment. Takový režim lze získat u pohonů zdvihacích mechanismů při spouštění břemene, jakož i při regulaci otáček motoru a při brzdění u elektrických pohonů se stejnosměrným proudem.

Rekuperační brzdění stejnosměrného motoru je nejekonomičtější metodou, protože v tomto případě se elektřina vrací do sítě. V elektrickém pohonu kovoobráběcích strojů se tento způsob používá pro regulaci otáček v systémech G — DPT a EMU — DPT.

Zastavení opozičního stejnosměrného motoru se provádí změnou polarity napětí a proudu ve vinutí kotvy. Při interakci proudu kotvy s magnetickým polem budicí cívky vzniká brzdný moment, který se snižuje s klesající rychlostí otáčení elektromotoru. Když otáčky elektromotoru klesnou na nulu, musí být elektromotor odpojen od sítě, jinak se začne otáčet v opačném směru.