DC napětí motoru. DC motor. Charakteristika a regulace. Třífázový asynchronní motor s vinutým rotorem

Stejnosměrné motory se nepoužívají tak často jako motory. střídavý proud. Níže jsou uvedeny jejich výhody a nevýhody.

V každodenním životě se stejnosměrné motory používají v dětských hračkách, protože jsou napájeny bateriemi. Používají se v dopravě: v metru, tramvajích a trolejbusech a automobilech. V průmyslových podnicích se stejnosměrné elektromotory používají k pohonu jednotek, které využívají baterie pro nepřetržité napájení.

Konstrukce a údržba stejnosměrného motoru

Hlavní vinutí stejnosměrného motoru je Kotva, připojený ke zdroji energie přes kartáčový přístroj. Kotva se otáčí v magnetickém poli vytvořeném o statorové póly (polní vinutí). Koncové části statoru jsou kryty štíty s ložisky, ve kterých se otáčí hřídel kotvy motoru. Na jedné straně namontované na stejné hřídeli fanoušek chlazení, pohání proud vzduchu vnitřními dutinami motoru během provozu.

Kartáčové zařízení je zranitelným prvkem v konstrukci motoru. Kartáče jsou ke komutátoru broušeny, aby co nejpřesněji opakovaly jeho tvar, a jsou k němu přitlačovány konstantní silou. Během provozu se kartáče opotřebovávají, vodivý prach z nich se usazuje na stacionárních částech a musí se pravidelně odstraňovat. Samotné kartáče se musí někdy pohybovat v drážkách, jinak se v nich pod vlivem stejného prachu zaseknou a „visí“ nad komutátorem. Charakteristika motoru závisí také na poloze kartáčů v prostoru v rovině otáčení kotvy.

V průběhu času se kartáče opotřebovávají a je třeba je vyměnit. Opotřebovává se i komutátor v místech styku s kartáči. Periodicky se demontuje kotva a komutátor se otočí na soustruhu. Po broušení se izolace mezi lamelami komutátoru seřízne do určité hloubky, protože je pevnější než materiál komutátoru a při dalším zpracování zničí kartáče.

Obvody připojení stejnosměrného motoru

Přítomnost vinutí pole – charakteristický rys DC stroje. Elektrické a mechanické vlastnosti elektrický motor.

Nezávislé buzení

Budicí vinutí je připojeno k nezávislému zdroji. Vlastnosti motoru jsou stejné jako u motoru s permanentním magnetem. Rychlost otáčení je řízena odporem v obvodu kotvy. Je také regulován reostatem (nastavovacím odporem) v obvodu budícího vinutí, ale při nadměrném poklesu jeho hodnoty nebo při jeho přetržení se proud kotvy zvyšuje na nebezpečné hodnoty. Motory s nezávislé buzení Nestartujte na volnoběh nebo s nízkým zatížením hřídele. Rychlost otáčení se prudce zvýší a motor se poškodí.

Zbývající obvody se nazývají samobuzené obvody.

Paralelní buzení

Rotor a budicí vinutí jsou zapojeny paralelně k jednomu zdroji energie. Při tomto zapojení je proud budícím vinutím několikanásobně menší než proudem rotorem. Charakteristiky elektromotorů jsou tuhé, což umožňuje jejich použití pro pohon strojů a ventilátorů.

Regulace rychlosti otáčení je zajištěna zařazením reostatů do obvodu rotoru nebo sériově s budicím vinutím.

Sekvenční buzení

Budicí vinutí je zapojeno do série s vinutím kotvy a protéká jimi stejný proud. Rychlost takového motoru závisí na jeho zatížení, nelze jej zapnout na volnoběh. Má ale dobré startovací vlastnosti, proto se u elektrifikovaných vozidel používá sériový budicí obvod.

Smíšené vzrušení

U tohoto schématu jsou použita dvě budicí vinutí, umístěná ve dvojicích na každém z pólů elektromotoru. Mohou být spojeny tak, že jejich toky se buď sčítají, nebo odečítají. Díky tomu může mít motor vlastnosti podobné sériovému nebo paralelnímu budicímu obvodu.

Pro změnu směru otáčení změnit polaritu jednoho z budicích vinutí. Pro řízení rozběhu elektromotoru a jeho rychlosti otáčení se používá stupňovité přepínání odporů.

Elektromotory poháněné stejnosměrným proudem se ve srovnání s motory poháněnými střídavým proudem používají mnohem méně často. V domácích podmínkách se v dětských hračkách používají stejnosměrné elektromotory, poháněné o běžné baterie se stejnosměrným proudem. Ve výrobě pohánějí stejnosměrné elektromotory různé jednotky a zařízení. Jejich potrava je dodávána z výkonné baterie baterie.

Konstrukce a princip činnosti

Stejnosměrné motory jsou svou konstrukcí podobné střídavým synchronním motorům, rozdíl je v typu proudu. Jednoduché demonstrační modely motorů využívaly jeden magnet a rám, kterým prochází proud. Takové zařízení bylo považováno za jednoduchý příklad. Moderní motory jsou vysoce sofistikovaná zařízení schopná vyvinout velký výkon.

Hlavním vinutím motoru je kotva, která je napájena přes komutátorový a kartáčový mechanismus. Otáčí se v magnetickém poli tvořeném póly statoru (skříně motoru). Kotva se skládá z několika vinutí uložených v jejích drážkách a zajištěných speciální epoxidovou směsí.

Stator může sestávat z budících vinutí nebo permanentních magnetů. U motorů s nízkým výkonem se používají permanentní magnety a u motorů s zvýšený výkon Stator je vybaven budicími vinutími. Stator je na koncích uzavřen kryty se zabudovanými ložisky, které slouží k otáčení hřídele kotvy. Na jednom konci této hřídele je připevněn chladicí ventilátor, který vytváří tlak vzduchu a během provozu jej cirkuluje vnitřkem motoru.

Princip činnosti takového motoru je založen na Amperově zákonu. Když umístíte drátěný rám do magnetického pole, bude se otáčet. Proud, který jím prochází, vytváří kolem sebe magnetické pole, které interaguje s vnějším magnetické pole, což způsobí otáčení rámu. V moderním designu motoru hraje roli rámu kotva s vinutím. Je jim přiváděn proud, v důsledku toho vzniká kolem kotvy proud, který způsobuje její otáčení.

Pro střídavý přívod proudu do vinutí kotvy se používají speciální kartáče ze slitiny grafitu a mědi.

Vývody vinutí kotvy jsou spojeny do jednoho celku, nazývaného kolektor, vytvořeného ve formě prstence lamel připevněných k hřídeli kotvy. Při otáčení hřídele dodávají kartáče střídavě energii vinutí kotvy přes lamely komutátoru. V důsledku toho se hřídel motoru otáčí rovnoměrnou rychlostí. Čím více vinutí kotva má, tím rovnoměrněji bude motor pracovat.

Sestava kartáče je nejzranitelnějším mechanismem v konstrukci motoru. Během provozu se měděno-grafitové kartáče otírají o komutátor, opakují jeho tvar, a jsou k němu přitlačovány konstantní silou. Během provozu se kartáče opotřebovávají a na částech motoru se usazuje vodivý prach, který je produktem tohoto opotřebení. Tento prach je nutné pravidelně odstraňovat. Odstraňování prachu se obvykle provádí vzduchem pod vysokým tlakem.

Kartáče vyžadují pravidelný pohyb v drážkách a ofukování vzduchem, protože nahromaděný prach může způsobit jejich uvíznutí ve vodicích drážkách. To způsobí, že kartáče budou viset nad komutátorem a způsobí poruchu motoru. Kartáče vyžadují pravidelnou výměnu kvůli opotřebení. K opotřebení komutátoru dochází také tam, kde se komutátor dotýká kartáčů. Proto se při opotřebení kotva odstraní a komutátor se otočí na soustruhu. Po drážkování komutátoru se izolace umístěná mezi lamelami komutátoru zbrousí do malé hloubky, aby neničila kartáče, protože svou pevností výrazně převyšuje sílu kartáčů.

Druhy

Stejnosměrné elektromotory se dělí podle charakteru buzení.

Nezávislé buzení

U tohoto typu buzení je vinutí připojeno k vnější zdroj výživa. V tomto případě jsou parametry motoru podobné motoru s permanentním magnetem. Rychlost otáčení se nastavuje odporem vinutí kotvy. Otáčky jsou řízeny speciálním regulačním reostatem připojeným k obvodu budícího vinutí. Pokud se odpor výrazně sníží nebo se obvod přeruší, zvýší se proud kotvy na nebezpečné hodnoty.

Elektromotory s nezávislým buzením se nesmí spouštět bez zátěže nebo s malou zátěží, protože jeho otáčky prudce vzrostou a motor selže.

Paralelní buzení

Budicí a rotorové vinutí jsou zapojeny paralelně k jednomu zdroji proudu. U tohoto schématu je proud budícího vinutí výrazně nižší než proud rotoru. Parametry motorů jsou příliš tuhé, lze je použít k pohonu ventilátorů a obráběcích strojů.

Regulaci otáček motoru zajišťuje reostat sériový obvod s budícím vinutím nebo v obvodu rotoru.

Sekvenční buzení

V tomto případě je budicí vinutí zapojeno do série s kotvou, v důsledku čehož těmito vinutími prochází stejný proud. Rychlost otáčení takového motoru závisí na jeho zatížení. Motor se nesmí startovat na volnoběh bez zatížení. Takový motor má ovšem slušné startovací parametry, takže podobné schéma používané v těžkých elektrických vozidlech.

Smíšené vzrušení

Toto schéma zahrnuje použití dvou budicích vinutí umístěných v párech na každém pólu motoru. Tato vinutí mohou být spojena dvěma způsoby: sečtením toků nebo jejich odečtením. Díky tomu může mít elektromotor stejné charakteristiky jako motory s paralelním nebo sériovým buzením.

Aby se motor otáčel v opačném směru, změní se polarita na jednom z vinutí. Pro řízení rychlosti otáčení motoru a jeho rozběhu se používá stupňovité spínání různých rezistorů.

Vlastnosti provozu

Stejnosměrné elektromotory jsou ekologické a spolehlivé. Jejich hlavním rozdílem od střídavých motorů je schopnost nastavit rychlost otáčení v širokém rozsahu.

Takové stejnosměrné motory lze také použít jako generátor. Změnou směru proudu v budícím vinutí nebo v kotvě můžete změnit směr otáčení motoru. Otáčky hřídele motoru se nastavují pomocí proměnného odporu. V motorech s sekvenční obvod buzení, je tento odpor umístěn v obvodu kotvy a umožňuje snížit rychlost otáčení 2-3krát.

Tato možnost je vhodná pro mechanismy s na dlouhou dobu prostoje, protože se reostat během provozu velmi zahřívá. Zvýšení rychlosti je vytvořeno zařazením reostatu do obvodu budícího vinutí.

Pro motory s paralelní obvod buzení v obvodu kotvy se používají i reostaty pro snížení otáček na polovinu. Pokud k obvodu budícího vinutí připojíte odpor, umožní vám to zvýšit rychlost až 4krát.

Použití reostatu je spojeno s uvolňováním tepla. Proto v moderní designy jsou vyměněny reostaty motoru elektronické prvky, ovládání rychlosti bez generování velkého množství tepla.

Za koeficient užitečná akce Motor pracující na stejnosměrný proud je ovlivněn svým výkonem. Slabé stejnosměrné motory jsou neefektivní a mají účinnost asi 40 %, zatímco elektromotory o výkonu 1 MW mohou mít účinnost až 96 %.

Výhody stejnosměrných motorů

• Malé celkové rozměry.
• Snadné ovládání.
• Jednoduchý design.
• Možnost použití jako generátory proudu.
• Rychlý rozběh, typický zejména pro motory se sekvenčním budicím obvodem.
• Možnost plynulého nastavení rychlosti otáčení hřídele.

Nedostatky

• Pro připojení a provoz je nutné zakoupit speciální stejnosměrný napájecí zdroj.
• Vysoká cena.
• Přítomnost spotřebního materiálu ve formě měděno-grafitových opotřebitelných kartáčů a opotřebovaného komutátoru, což výrazně snižuje životnost a vyžaduje pravidelnou údržbu.

Rozsah použití

Stejnosměrné motory se staly široce populárními v elektrických vozidlech. Takové motory jsou obvykle zahrnuty v následujících konstrukcích:

• Elektrická vozidla.
• Elektrické lokomotivy.
• Tramvaje.
• Elektrický vlak.
• Trolejbusy.
• Zvedací a transportní mechanismy.
• Dětské hračky.
• Průmyslová zařízení s potřebou řídit rychlost otáčení v širokém rozsahu.

Stejnosměrné motory se v domácnostech vyskytují jen zřídka. Ale jsou vždy přítomny ve všech dětských hračkách napájených bateriemi, které chodí, běží, řídí, létají atd. Stejnosměrné motory (stejnosměrné motory) jsou instalovány v autech: ve ventilátorech a různých pohonech. Téměř vždy se používají v elektrických vozidlech a méně často ve výrobě.

Výhody DPT ve srovnání s asynchronními motory:

• Dobře nastavitelné.
• Vynikající startovací vlastnosti.
• Rychlost otáčení může být vyšší než 3000 ot./min.

Nevýhody DBT:

1. Nízká spolehlivost.
2. Obtížnost výroby.
3. Vysoká cena.
4. Vysoké náklady na údržbu a opravy.

Princip činnosti stejnosměrného motoru

Konstrukce motoru je podobná jako u synchronních střídavých motorů. Nebudu se opakovat, pokud nevíte, tak se podívejte na tento náš.

Jakýkoli moderní elektromotor funguje na základě Faradayova zákona magnetické indukce a „pravidla levé ruky“. Pokud je elektrický proud připojen ke spodní části vinutí kotvy v jednom směru a k horní části v opačném směru, začne se otáčet. Podle pravidla levé ruky budou vodiče uložené ve štěrbinách kotvy vytlačeny magnetickým polem vinutí pouzdra nebo statoru DPT.

Spodní část bude zatlačte doprava a horní doleva, takže kotva se začne otáčet, dokud se části kotvy nevymění. Pro vytvoření kontinuální rotace je nutné neustále obracet polaritu vinutí kotvy. To dělá komutátor, který při otáčení spíná vinutí kotvy. Napětí z proudového zdroje je do kolektoru přiváděno pomocí dvojice lisovacích grafitových kartáčů.

Schémata stejnosměrného motoru

Li Střídavé motory jsou docela jednoduché připojit, pak s DPT je vše složitější. Musíte znát značku motoru a poté zjistit jeho spojovací obvod na internetu.

Častěji pro střední a výkonné motory DC jsou ve svorkovnici oddělené svorky od kotvy a od budícího vinutí (OB). Kotva je zpravidla napájena plným napájecím napětím a budicí vinutí je napájeno řízeným proudem reostatem popř. střídavé napětí. Rychlost stejnosměrného motoru bude záviset na velikosti proudu OB. Čím vyšší je, tím vyšší rychlost otáčení.

Podle toho jak je zapojena armatura a OB, elektromotory se dodávají s nezávislým buzením ze samostatného zdroje proudu a se samobuzením, které může být paralelní, sériové a smíšené.

Používá se ve výrobě motory s nezávislým buzením, které je připojeno ke zdroji napájení oddělenému od kotvy. Mezi vinutím pole a kotvy není žádné elektrické spojení.

Schéma zapojení s paralelní buzení v podstatě jde o obdobu obvodu s nezávislým buzením OB. Jediný rozdíl je v tom, že není potřeba používat samostatný zdroj energie. Motory, když jsou zapnuty podle obou těchto schémat, mají stejné tuhé vlastnosti, proto se používají v obráběcích strojích, ventilátorech atd.

Sériově vinuté motory používá se, když je vyžadován vysoký startovací proud a měkká charakteristika. Používají se v tramvajích, trolejbusech a elektrických lokomotivách. Podle tohoto schématu jsou vinutí pole a kotvy vzájemně zapojeny do série. Po přivedení napětí budou proudy v obou vinutích stejné. Hlavní nevýhoda spočívá ve skutečnosti, že když zatížení hřídele klesne na méně než 25% jmenovité hodnoty, dojde k prudkému zvýšení rychlosti otáčení dosahující hodnot nebezpečných pro DPT. Pro bezproblémový provoz je tedy nutné konstantní zátěž na hřídeli

Někdy používané DBT s smíšené vzrušení , ve kterém je jedno OB vinutí zapojeno do série s obvodem kotvy a druhé paralelně. V životě se vyskytuje zřídka.

Reverzní stejnosměrné motory

Pro změnu směru otáčení DPT se sériovým buzením vyžaduje změnu směru proudu ve vinutí OB nebo kotvy. V praxi se to děje změnou polarity: prohodíme plusovou a mínusovou pozici. Pokud změníte polaritu v obvodech buzení a kotvy současně, pak se směr otáčení nezmění. Opačný postup se provádí podobným způsobem u motorů běžících na střídavý proud.

Reverzní DPT s paralelním nebo smíšeným buzením je lepší změnit směr elektrický proud ve vinutí kotvy. Když se přeruší budicí vinutí, EMF dosáhne nebezpečných hodnot a je možné porušení izolace vodiče.

Regulace otáček stejnosměrných motorů

DPT se sekvenčním buzením nejjednodušší regulovat proměnlivý odpor v řetězu armatury. Lze jej upravit pouze pro snížení rychlosti v poměru 2:1 nebo 3:1. V tomto případě dochází k velkým ztrátám kontrolní reostat(R reg). Tato metoda používá se u jeřábů a elektrických vozíků, které mají častá přerušení provozu. V ostatních případech se rychlost nastavuje směrem nahoru od jmenovité hodnoty pomocí reostatu v obvodu budicího vinutí, jak je znázorněno na obrázku vpravo.

DPT s paralelním buzením Odporem v obvodu kotvy lze regulovat i otáčky směrem dolů, maximálně však do 50 procent jmenovité hodnoty. Opět dojde k zahřívání odporu v důsledku ztrát elektrická energie v něm.

Zvyšte rychlost maximálně 4krát umožňuje reostat v obvodu OB. Nejjednodušší a nejběžnější způsob úpravy rychlosti otáčení.

V praxi se u moderních elektromotorů tyto způsoby řízení používají jen zřídka kvůli jejich nedostatkům a omezenému regulačnímu rozsahu. Používají se různé elektronické obvodyřízení.

Podobné materiály.