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Motor de corriente continua con cepillo. Motores eléctricos. ¿Qué tipos de motores hay? Tipos de motores eléctricos. Control de motores de CC

Después publicación anterior sobre el motorreductor recibí varias preguntas sobre la regulación del motor corriente continua. Entonces es hora de escribir otra publicación :)

El motor de corriente continua (motor DC) es uno de los motores eléctricos más familiares y comprensibles y se estudia incluso en la escuela, en física. Se utiliza en casi todos los lugares donde se necesita un motor de tamaño pequeño y tampoco tiene prisa por perder su posición, incluso donde la potencia se mide en decenas de kilovatios. Hablemos de él.

▌ Diseño y principio básico.
No entraré en demasiados detalles aquí, les mostraré una imagen de Wikipedia e indicaré una serie de componentes principales. Todo lo demás ya lo sabes y lo has tocado con tus propias manos.

1. El estator consta de una fuente. campo magnético. Este no siempre es un imán permanente; además, un imán permanente es la excepción y no la regla. Generalmente este es el devanado de excitación. Al menos en algo más grande que un puño.

2. La armadura consta de un devanado de armadura y una unidad colectora.

Todo funciona de forma muy, muy sencilla. El devanado del inducido es repelido del campo magnético del estator por la fuerza del amperio y hace media revolución, tratando de llevar esta fuerza a cero y la habría sacado si no fuera por el colector, que hábilmente rompe a todos, cambia la polaridad. de la bobina y la fuerza vuelve a ser máxima. Y así sucesivamente en círculo. Aquellos. el colector sirve como inversor de voltaje mecánico en la armadura. Recuerda este momento, nos será útil más adelante :)

Por lo general, en los motores pequeños solo hay dos polos del devanado de campo (un par) y una armadura de tres puntas. Tres dientes es el mínimo para comenzar desde cualquier posición, pero cuantos más dientes, más eficientemente se utiliza el devanado, menos corriente y un par más suave, ya que la fuerza es una proyección sobre el ángulo, y la sección activa del devanado gira a un ángulo más pequeño

▌ Procesos que ocurren en el motor.
Creo que muchos de ustedes que han incursionado en los motores se habrán dado cuenta de que tienen una corriente de arranque pronunciada, cuando el motor al arrancar puede tirar de la aguja del amperímetro, por ejemplo, a un amperio, y después de acelerar la corriente cae a unos 200 mA. .

¿Por qué sucede esto? Así es como funciona la fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor está parado, la corriente que puede pasar a través de él depende solo de dos parámetros: el voltaje de suministro y la resistencia del devanado del inducido. Por tanto, es fácil averiguar la corriente máxima que puede desarrollar el motor y para la cual se debe calcular el circuito. Basta medir la resistencia del devanado del motor y dividir la tensión de alimentación por este valor. Simplemente por la ley de Ohm. Esta será la corriente de arranque máxima.

Pero a medida que acelera, comienza algo curioso: el devanado del inducido se mueve a través del campo magnético del estator y se induce un EMF en él, como en un generador, pero está dirigido en dirección opuesta al que hace girar el motor. Y como resultado, la corriente a través del inducido disminuye drásticamente cuanto más, mayor es la velocidad.

Y si el motor se aprieta aún más en el camino, entonces la fuerza contraelectromotriz será mayor que el suministro y el motor comenzará a bombear energía al sistema, convirtiéndose en un generador.

▌ Algunas fórmulas
No cargaré a nadie con conclusiones; las encontrará usted mismo si lo desea. Para hacerlo menos confuso, recomiendo buscar un libro de texto sobre propulsores eléctricos para estudiantes de tamaño medio. instituciones educativas y el año de fabricación es anterior. Es de los años 50 y 60 :) Hay cuadros antiguos pintados para un graduado de ayer de una escuela rural de siete años. Muchas letras y ninguna plomada, todo está claro y va al grano.

La fórmula más importante para un motor de CC con escobillas es:

U = mi + yo yo *R yo

U - voltaje suministrado a la armadura
R i es la resistencia de la cadena del ancla. Por lo general, como este símbolo solo se considera la resistencia del devanado, aunque puedes colgar una resistencia en el exterior y se le agregará. Luego lo escriben como (R i + R d)
I I es la corriente en el circuito de la armadura. El mismo que se mide con un amperímetro cuando se intenta medir el consumo del motor :)
E es la fuerza contraelectromotriz o fem del generador, en modo generador. Depende del diseño del motor, la velocidad y se describe mediante esta sencilla fórmula.

mi = C mi * F * n

C e es una de las constantes de diseño. Dependen del diseño del motor, del número de polos, del número de vueltas y del grosor de los espacios entre la armadura y el estator. Realmente no lo necesitamos; si lo deseamos, podemos calcularlo experimentalmente. Lo principal es que es constante y no afecta la forma de las curvas :)
F es el flujo de excitación. Aquellos. intensidad del campo magnético del estator. En motores pequeños, donde se ajusta mediante un imán permanente, esto también es una constante. Pero a veces se saca un devanado separado para la excitación y luego podemos cambiarlo.
n - revoluciones de armadura.

Bueno, la dependencia del par de la corriente y el flujo:

METRO = C m * Yo yo * F

C m es una constante constructiva.

Aquí vale la pena señalar que la dependencia del par de la corriente es completamente directa. Aquellos. Simplemente midiendo la corriente, con un flujo de excitación constante, podemos determinar con precisión la magnitud del par. Esto puede ser importante, por ejemplo, para no romper la transmisión, cuando el motor puede desarrollar tal fuerza que fácilmente puede romper lo que gira allí. Especialmente con una caja de cambios.

Bueno, de esto se deduce que el par de una máquina de CC depende únicamente de la capacidad de la fuente para suministrarle corriente. Así que el motor superconductor indestructible ideal te enredará, incluso si es tan pequeño como un clavo. Sólo suministra energía.

Ahora mezclemos todo y obtengamos la dependencia de las revoluciones del par, una característica mecánica del motor.

Si lo construyes, será algo como esto:

n 0 es la velocidad de ralentí ideal de un motor esférico en el vacío. Aquellos. cuando nuestro motor finalmente se congela, el par es cero. El consumo actual también es, naturalmente, cero. Porque La fuerza electromagnética trasera es igual al voltaje. Opción puramente teórica. Y el segundo punto se construye con algún momento en el eje. Resulta que existe una relación directa entre velocidad y par. Y la pendiente de la característica está determinada por la resistencia de la cadena del inducido. Si no hay resistencias adicionales allí, esto se denomina característica natural.

La velocidad de ralentí ideal depende del voltaje y el flujo. Nada más. Y si el flujo es constante (imán permanente), entonces solo por voltaje. Al reducir el voltaje, toda nuestra característica disminuye en paralelo. Redujo el voltaje a la mitad; la velocidad se redujo a la mitad.

Si es posible cambiar el flujo de excitación, entonces puede aumentar la velocidad por encima de la nominal. Aquí la relación se invierte. Debilitamos el flujo: el motor acelera, pero el par disminuye o necesita consumir más corriente.

Otro motor al que se le quitó la excitación puede estropearse. Recuerdo que hice un curso largo sobre propulsión eléctrica, quién sabe cuánto tiempo después de la sesión. Tuve que romperlo, sí :) Bueno, me senté en el laboratorio esperando al profesor. Y había unos tontos, un curso más abajo, haciendo un laboratorio. Pusieron el motor en ralentí, la excitación se fijó al soporte sobre los mocos y salió volando de la terminal. El motor se volvió loco. En nuestro laboratorio en EPA SUSU todo era serio, las máquinas eran serias, diez kilovatios cada una y unos cien kilos cada una. Todo está bajo un fuerte voltaje de 380 voltios.
En general, cuando este tonto rugió como un monstruo y comenzó a arrancarse de sus monturas, lo único que tuve tiempo de gritar fue que saliera del auto y lo volviera al infierno. Antes de que tuviéramos tiempo, el motor se arrancó de sus soportes, los devanados se salieron de las ranuras y el motor sufrió daños. Está bien, nadie resultó herido.
Sin embargo, los laboratorios de conducción seguían siendo un entretenimiento. Tuvimos incendios y explosiones allí. Allí adquirí notables habilidades para arreglar cualquier cosa, con cualquier cosa, en poco tiempo. En promedio, todos lograron matar completamente el soporte una vez, y el laboratorio a menudo comenzaba reparando el soldador con el que se reparaba el osciloscopio, con la ayuda del cual se reanimaba el soporte muerto.

Al agregar resistencias al circuito de la armadura podemos aumentar la pendiente, es decir Cuanto más cargamos, más baja la velocidad.

El método es malo porque las resistencias en el circuito de la armadura deben estar clasificadas para la corriente del motor, es decir será poderoso y se calentará en vano. Bueno, el momento cae bruscamente, lo cual es malo.

También hay motores con excitación secuencial en lugar de independiente. Esto es cuando el devanado del estator está conectado en serie con la armadura. No todos los motores pueden encenderse de esta manera; el devanado de campo debe soportar la corriente del inducido. Pero tienen una propiedad interesante. Al arrancar, se produce una gran corriente de arranque y esta corriente de arranque es también la corriente de excitación, lo que proporciona un par de arranque enorme. La característica mecánica se asemeja a una hipérbola con un máximo en la región de cero revoluciones.

Y luego, a medida que acelera, el par disminuye y la velocidad, por el contrario, aumenta. Y si se retira la carga del eje, el motor se pone inmediatamente en sobremarcha. Estos motores se instalan principalmente en un sistema de tiro. Al menos lo instalaron antes, antes del desarrollo. electronica de potencia. Esta mierda explota tanto desde su lugar que todos los asesinos callejeros se encienden nerviosamente.

▌ Modos de funcionamiento del motor CC
El sentido de rotación del motor depende de la dirección de la corriente del inducido o de la dirección del flujo de excitación. Así que si tomas motor cepillado y conecte el devanado de campo paralelo a la armadura, entonces girará perfectamente con corriente alterna (motores universales, sus electrodomésticos de cocina suele decirse). Porque la corriente cambiará simultáneamente tanto en la armadura como en la excitación. De hecho, el momento será palpitante, pero esto son nimiedades. Y para revertirlo, necesitarás cambiar la polaridad de la armadura o excitación.

Si dibujamos una característica mecánica en cuatro cuadrantes, tendremos algo parecido a esto:

Por ejemplo, característica 1 del apartado I, nuestro coche funciona como un motor. La carga aumenta y en un momento determinado el motor se detiene y comienza a girar. reverso, es decir. la carga lo invierte. Este es un modo de frenado, anti-inhibición. El modo es muy complicado, el motor se calienta brutalmente, pero es muy eficaz a la hora de frenar. Si el momento en el eje cambia de dirección y comienza a girar hacia el motor, entonces el motor pasará inmediatamente a generación (sección IV).

La característica 2 es la misma, sólo que con polaridad inversa tensión de alimentación del motor.

Y la característica 3 es el frenado dinámico. Es reostático. Aquellos. cuando tomamos y simplemente cortocircuitamos nuestro motor a una resistencia o a sí mismo. Puede comprobarlo usted mismo, tomar cualquier motor y girarlo, y luego cortocircuitar su armadura y volver a girarlo. Cuanto mayor sea la calidad del motor, mayor será la fuerza sobre el eje.

Por cierto, los controladores de motor como el L293 o el L297 tienen la capacidad de activar el frenado reostático girando ambas teclas hacia arriba o hacia abajo. En este caso, la armadura hace un cortocircuito a través del conductor a tierra o al bus de energía.

▌ Motores CC sin escobillas
El motor colector es muy bueno. Es muy fácil y flexible de ajustar. Se puede aumentar la velocidad, bajarla, las características mecánicas son duras, mantiene el par con fuerza. La dependencia es directa. Bueno, es un cuento de hadas, no un motor. Si no fuera por una cucharada de mierda en toda esta delicia, un coleccionista.

Se trata de una unidad compleja, cara y muy poco fiable. Chispea, crea interferencias y se obstruye con el polvo conductor de las escobillas. y cuando carga pesada puede arder formando un fuego circular y ya está, el motor está jodido. Esto provocará un cortocircuito en todo.

Pero ¿qué es un coleccionista? ¿Por qué es necesario? Arriba dije que el colector es un inversor mecánico. Su tarea es cambiar el voltaje del inducido de un lado a otro, exponiendo el devanado al flujo.

Pero ya estamos en el siglo XXI y los semiconductores baratos y potentes están a cada paso. Entonces, ¿por qué necesitamos un inversor mecánico si podemos hacerlo electrónico? Así es, ¡no es necesario! Entonces tomamos y reemplazamos el colector. teclas de encendido, y también agregamos sensores de posición del rotor para que sepamos en qué momento cambiar los devanados.

Y para mayor comodidad, le damos la vuelta al motor: es mucho más fácil girar un imán o un simple devanado de excitación que una armadura con toda esta basura a bordo. El rotor aquí es un potente imán permanente o un devanado accionado por anillos colectores. Que, aunque parezca un coleccionista, es mucho más fiable que él.

¿Y qué obtenemos? ¡Bien! Motor CC sin escobillas, también conocido como BLDC. Todas las mismas características lindas y convenientes del DPT, pero sin este desagradable coleccionista. Y no confunda BLDC con motores síncronos. esto es completamente diferentes autos y diferentes principios de operación y control, aunque estructuralmente son MUY similares y el mismo sincronizador puede funcionar fácilmente como un BLDC, agréguele solo sensores y un sistema de control. Pero esa es una historia completamente diferente.

Un motor de corriente continua (motor DC) es un mecanismo que convierte la energía eléctrica que se le suministra en rotación mecánica. El funcionamiento de la unidad se basa en el fenómeno. inducción electromagnética— un conductor colocado en un campo magnético se ve afectado por la fuerza en amperios: F = B*I*L, donde L es la longitud del conductor, I es la corriente que fluye a través del conductor, B es la inducción del campo magnético . este poder provoca la aparición de par, que puede utilizarse para algunos fines prácticos.

Los motores DC tienen las siguientes ventajas:

Sencillez y fiabilidad del diseño.
Ajuste casi lineal y características mecánicas, lo que garantiza facilidad de uso.
Gran valor momento inicial.
Dimensiones compactas (especialmente pronunciadas en motores de imanes permanentes).
Posibilidad de utilizar el mismo mecanismo tanto en modo motor como generador.
La eficiencia a plena carga suele ser entre un 1 y un 2% mayor que la de las máquinas asíncronas y síncronas, y a carga parcial la ventaja puede aumentar hasta un 15%.

La principal desventaja de estos dispositivos es alto precio su fabricación. También cabe destacar la necesidad de un mantenimiento periódico del conjunto conmutador-escobillas y una cierta limitación en la vida útil provocada por su desgaste, sin embargo, modelos modernos estas deficiencias se han nivelado casi por completo.

Vale la pena señalar que las características mecánicas y, por lo tanto, todos los indicadores de rendimiento, dependen en gran medida del diagrama de conexión del devanado de excitación. Hay cuatro en total:

Figura 1. Motores eléctricos asíncronos Serie AIRE con condensador de trabajo. Métodos de excitación: a - independiente, b - paralelo, c - secuencial, d - mixto.

Áreas de aplicación de DPT

A pesar de que la gran mayoría redes electricas proporcionan voltaje alterno, los motores de CC se usan muy, muy ampliamente. De hecho, todos los accionamientos industriales que requieren un control preciso de la velocidad se implementan sobre la base del DPT. Además, las máquinas eléctricas de imanes permanentes, debido a su eficiencia y alta densidad de potencia, se utilizan ampliamente en la industria de defensa.

Sin embargo, no debes pensar que no te has encontrado con estos mecanismos en persona. La ausencia de restricciones estrictas en el tamaño hace que a menudo no las notemos. Por ejemplo, en la industria automotriz solo se utilizan motores eléctricos de CC y, a pesar de la diferencia de potencia, en todos los vehículos de carga y equipos especiales funcionan con 24 voltios, mientras que en los turismos su voltaje de funcionamiento es de 12 voltios. Recibir energía de batería o un generador, se encargan de posicionar los asientos, controlar los espejos, subir y bajar las ventanillas y mantener la temperatura deseada en el habitáculo.

Sin embargo, los motores eléctricos de CC pueden funcionar por sí solos. vehículos, y no se trata solo de juguetes mecánicos con batería de 12 voltios. Para sentir lo potentes que pueden ser estos dispositivos, basta con estar cerca de una persona que pasa. tren de cercanías, y la suavidad y precisión del control de velocidad queda claramente demostrada por la suave aceleración de los trolebuses.

Estos motores eléctricos se utilizan ampliamente en el transporte eléctrico (metro, trolebús, tranvía, transporte eléctrico de cercanías). ferrocarriles, locomotoras eléctricas) y en dispositivos de elevación (grúas eléctricas).

Los motores de CC rara vez se encuentran en los hogares. Pero siempre están presentes en todos los juguetes infantiles que funcionan con baterías que caminan, corren, conducen, vuelan, etc. Los motores de corriente continua (motores DC) se instalan en los automóviles: en ventiladores y en varios accionamientos. Casi siempre se utilizan en vehículos eléctricos y con menor frecuencia en la industria manufacturera.

Ventajas del DPT frente a los motores asíncronos:

Bien ajustable.
Excelentes propiedades iniciales.
Las velocidades de rotación pueden ser más de 3000 rpm.

Desventajas de la DBT:

Baja confiabilidad.
Dificultad de fabricación.
Alto costo.
Altos costos de mantenimiento y reparación.

Principio de funcionamiento de un motor de CC.

El diseño del motor es similar al de los motores de CA síncronos. No me repetiré, si no lo sabes, entonces mira este nuestro.

Cualquier motor eléctrico moderno. trabaja basado en la ley de inducción magnética de Faraday y la "regla de la mano izquierda". Si conecta el devanado del inducido a la parte inferior corriente eléctrica en una dirección, y hacia arriba, en la dirección opuesta, comenzará a girar. Según la regla de la izquierda, los conductores colocados en las ranuras del inducido serán expulsados por el campo magnético de los devanados de la carcasa del DPT o del estator.

La parte inferior será empuja hacia la derecha, y el de arriba hacia la izquierda, así el ancla comenzará a girar hasta que las partes del ancla cambien de lugar. Para crear una rotación continua, es necesario invertir constantemente la polaridad del devanado del inducido. Esto es lo que hace el conmutador que, al girar, conmuta los devanados del inducido. El voltaje de la fuente de corriente se suministra al colector mediante un par de cepillos de grafito prensados.

Diagramas esquemáticos de un motor de CC.

Si Los motores de CA son bastante simples. conectarse, entonces con DPT todo es más complicado. Necesita conocer la marca del motor y luego conocer su circuito de conexión en Internet.

Más a menudo para motores medianos y potentes DC hay terminales separados en la caja de terminales del inducido y del devanado de campo (OB). Como regla general, se suministra toda la tensión de alimentación a la armadura y se suministra una corriente controlada al devanado de excitación mediante un reóstato o voltaje alterno. La velocidad del motor de CC dependerá de la magnitud de la corriente OB. Cuanto más alto sea, más velocidad más rápida rotación.

Dependiendo de cómo estén conectados el inducido y el OB, los motores eléctricos vienen con excitación independiente a partir de una fuente de corriente separada y con autoexcitación, que puede ser en paralelo, en serie y mixta.

Utilizado en producción Motores con excitación independiente, que está conectado a una fuente de energía separada de la armadura. No existe conexión eléctrica entre el campo y los devanados del inducido.

Diagrama de conexión con excitación paralela En esencia, es similar a un circuito con excitación independiente del OB. La única diferencia es que no es necesario utilizar una fuente de alimentación independiente. Los motores, cuando se encienden según ambos esquemas, tienen las mismas características rígidas, por lo que se utilizan en máquinas herramienta, ventiladores, etc.

Motores bobinados en serie Se utiliza cuando se requiere una corriente de arranque alta y una característica suave. Se utilizan en tranvías, trolebuses y locomotoras eléctricas. Según este esquema, los devanados de campo y de inducido están conectados entre sí en serie. Cuando se aplica voltaje, las corrientes en ambos devanados serán las mismas. Principal desventaja radica en que cuando la carga sobre el eje disminuye a menos del 25% del valor nominal, se produce un fuerte aumento de la velocidad de rotación, alcanzando valores peligrosos para el DPT. Por lo tanto, para un funcionamiento sin problemas es necesario carga constante en el eje

A veces se usa DBT con emoción mixta , en el que un devanado OB está conectado en serie al circuito del inducido y el otro en paralelo. Rara vez ocurre en la vida.

Motores CC reversibles

Para cambiar la dirección de rotación DPT con excitación en serie requiere cambiar la dirección de la corriente en el OB o en el devanado del inducido. En la práctica, esto se hace cambiando la polaridad: intercambiamos las posiciones más y menos. Si cambia la polaridad en los circuitos de excitación y de armadura al mismo tiempo, la dirección de rotación no cambiará. Lo contrario se hace de manera similar para motores que funcionan con corriente alterna.

DPT reversible con excitación paralela o mixta Es mejor hacer esto cambiando la dirección de la corriente eléctrica en el devanado del inducido. Cuando se rompe el devanado de excitación, la FEM alcanza valores peligrosos y es posible que se rompa el aislamiento del cable.

Regulación de la velocidad de los motores DC.

DPT con excitación secuencial más fácil de regular resistencia variable en la cadena de la armadura. Sólo se puede ajustar para reducir la velocidad en una proporción de 2:1 o 3:1. En este caso se producen grandes pérdidas en reóstato de control(R reg.). este método Se utiliza en grúas y carros eléctricos que tienen frecuentes interrupciones en su funcionamiento. En otros casos, la velocidad se ajusta hacia arriba desde el valor nominal usando un reóstato en el circuito del devanado de campo, como se muestra en la figura de la derecha.

DPT con excitación paralela También puede regular la velocidad hacia abajo usando la resistencia en el circuito del inducido, pero no más del 50 por ciento del valor nominal. Nuevamente habrá calentamiento de la resistencia debido a las pérdidas. energía eléctrica en ello.

Aumentar la velocidad un máximo de 4 veces. permite un reóstato en el circuito OB. El método más simple y común para ajustar la velocidad de rotación.

En la práctica, en los motores eléctricos modernos estos métodos de control rara vez se utilizan debido a sus deficiencias y su rango de control limitado. Se utilizan varios circuitos electronicos gestión.

Materiales similares.

motores de corriente continua Diseñado para convertir la energía de corriente continua en trabajo mecánico.

Los motores de CC son mucho menos comunes que los motores de CA. Esto se debe principalmente al alto costo comparativo, al dispositivo más complejo y a las dificultades para suministrar energía. Pero a pesar de todas estas desventajas, DBT tiene muchas ventajas. Por ejemplo, los motores de CA son difíciles de regular, pero los DPT se regulan perfectamente de diversas formas. Además, los DFC tienen características mecánicas más rígidas y pueden proporcionar un par de arranque elevado.

Los motores eléctricos de CC se utilizan como motores de tracción, en vehículos eléctricos y como diversos actuadores.

Diseño de motores DC.

El diseño de un motor de CC es similar al de un motor de CA, pero aún existen diferencias significativas. En el marco 7, que está hecho de acero, se instala un devanado de excitación en forma de bobinas 6. Entre los polos principales, se pueden instalar polos adicionales 5 para mejorar las propiedades del DFC. En el interior se instala una armadura 4, que consta de un núcleo y un colector 2, y se instala mediante cojinetes 1 en la carcasa del motor. El conmutador es una diferencia significativa con respecto a los motores de CA. Está conectado a las escobillas 3, lo que permite suministrar o, por el contrario, eliminar tensión del circuito del inducido en los generadores.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del DPT se basa en la interacción de los campos magnéticos del devanado de excitación y la armadura. Puedes imaginar que en lugar de una armadura tenemos un marco a través del cual fluye la corriente, y en lugar de un devanado de excitación, un imán permanente con polos N y S. Cuando la corriente continua fluye a través del marco, el campo magnético del imán permanente comienza a actúa sobre él, es decir, el marco comienza a girar y, dado que la dirección de la corriente no cambia, la dirección de rotación del marco sigue siendo la misma.

Cuando se aplica voltaje a los terminales del motor, la corriente comienza a fluir en el devanado del inducido y, como ya sabemos, el campo magnético de la máquina comienza a actuar sobre él, mientras que el inducido comienza a girar, y dado que el inducido gira en En el campo magnético, comienza a formarse un EMF. Este CEM está dirigido contra la corriente, por eso se le llama CEM de regreso. Se puede encontrar usando la fórmula

Donde Ф es el flujo magnético de excitación, n es la frecuencia de rotación y Ce es el momento de diseño de la máquina, que permanece constante para ella.

El voltaje en los terminales es mayor que la EMF trasera por el valor de la caída de voltaje en el circuito del inducido.

Y si multiplicamos esta expresión por la corriente, obtenemos la ecuación del balance de potencia.

(¡Dios mío, qué rápido pasa el tiempo!). El tema de hoy puede ser de interés para pocas personas, pero si alguien está interesado, será de gran beneficio para ellos. escuchemos trudnopisaka: Escriba claramente sobre el diseño de motores eléctricos de CC. Puede utilizar uno de los tipos como ejemplo. Después de todo, por un lado, el principio de funcionamiento es muy simple, pero por el otro, si desmontas uno de los motores eléctricos, aparecen muchas piezas cuyo propósito no es obvio. Y en los sitios al principio. resultados de búsqueda solo existe el nombre de estas partes, en mejor escenario. Planeo montar un motor eléctrico sencillo con mis hijos para que les ayude a entendertecnología y no tenían miedo de dominarla.

La primera etapa del desarrollo del motor eléctrico (1821-1832) está estrechamente relacionada con la creación de dispositivos físicos para demostración. transformación continua energía eléctrica en energía mecánica.

En 1821, M. Faraday, al estudiar la interacción de los conductores con la corriente y un imán, demostró que la corriente eléctrica provoca la rotación del conductor alrededor del imán o la rotación del imán alrededor del conductor. La experiencia de Faraday confirmó la posibilidad fundamental de construir un motor eléctrico.

La segunda etapa del desarrollo de los motores eléctricos (1833-1860) se caracterizó por diseños con movimiento de rotación del inducido.

Thomas Davenport: herrero e inventor estadounidense, en 1833 diseñó el primer motor eléctrico rotativo de CC y creó un modelo de tren impulsado por él. En 1837 recibió la patente de una máquina electromagnética.

En 1834, B. S. Jacobi creó el primer motor eléctrico de corriente continua del mundo, en el que implementó el principio de rotación directa de la parte móvil del motor. El 13 de septiembre de 1838, un barco con 12 pasajeros navegaba por el Nevá contra la corriente a una velocidad de unos 3 km/h. El barco estaba equipado con ruedas con palas. Las ruedas eran impulsadas por un motor eléctrico, que recibía corriente de una batería de 320 celdas galvánicas. Esta fue la primera vez que apareció un motor eléctrico en un barco.

Las pruebas de varios diseños de motores eléctricos llevaron a B. S. Jacobi y otros investigadores a las siguientes conclusiones:

la expansión del uso de motores eléctricos depende directamente de la reducción del costo de la energía eléctrica, es decir, de la creación de un generador que sea más económico que las celdas galvánicas;
los motores eléctricos deben ser lo más pequeños posible, más poder mayor eficiencia;
La etapa en el desarrollo de motores eléctricos está asociada con el desarrollo de diseños con una armadura de polos anulares no salientes y un par casi constante.

La tercera etapa del desarrollo de los motores eléctricos se caracteriza por el descubrimiento y uso industrial el principio de autoexcitación, en relación con el cual finalmente se realizó y formuló el principio de reversibilidad de una máquina eléctrica. Los motores eléctricos eran impulsados por más fuente barata energía eléctrica - generador electromagnético CORRIENTE CONTINUA.

En 1886, el motor eléctrico DC adquirió sus principales características. diseño moderno. Posteriormente, mejoró cada vez más.

Actualmente es difícil imaginar la vida de la humanidad sin un motor eléctrico. Se utiliza en trenes, trolebuses, tranvías. Las plantas y fábricas cuentan con potentes máquinas eléctricas. Picadoras de carne eléctricas, procesadores de alimentos, molinillos de café, aspiradoras: todo esto se utiliza en la vida cotidiana y está equipado con motores eléctricos.

la gran mayoría maquinas electricas Funciona según el principio de repulsión y atracción magnética. Si colocas un cable entre los polos norte y sur de un imán y pasas una corriente a través de él, será expulsado. ¿Cómo es esto posible? El hecho es que al pasar a través de un conductor, la corriente forma un campo magnético circular a su alrededor a lo largo de todo el cable. La dirección de este campo está determinada por la regla del gimlet (tornillo).

Cuando el campo circular de un conductor interactúa con el campo uniforme de un imán, entre los polos el campo magnético se debilita por un lado y se fortalece por el otro. Es decir, el medio se vuelve elástico y la fuerza resultante empuja el cable fuera del campo del imán en un ángulo de 90 grados en la dirección determinada por la regla de la mano izquierda (la regla de la mano derecha se usa para los generadores, y la regla de la mano izquierda se usa para los generadores, y la regla de la mano izquierda se usa para los generadores). La regla manual es adecuada sólo para motores). Esta fuerza se llama “Amperio” y su magnitud está determinada por la ley de Amperio F=BxIxL, donde B es el valor de la inducción magnética del campo; I – corriente que circula en el conductor; L – longitud del cable.

Este fenómeno se utilizó como principio de funcionamiento básico de los primeros motores eléctricos y el mismo principio se sigue utilizando en la actualidad. Los motores de CC de baja potencia utilizan imanes permanentes para crear un campo magnético constante. En los motores eléctricos de potencia media y alta, se crea un campo magnético uniforme mediante un devanado o inductor de excitación.

Consideremos con más detalle el principio de crear movimiento mecánico utilizando electricidad. La ilustración dinámica muestra un motor eléctrico simple. En un campo magnético uniforme, colocamos un marco de alambre verticalmente y hacemos pasar una corriente a través de él. ¿Lo que está sucediendo? El marco gira y se mueve por inercia durante algún tiempo hasta llegar a posición horizontal. Esta posición neutral es el punto muerto, el lugar donde el efecto del campo sobre el conductor que transporta corriente es cero. Para que el movimiento continúe, debe agregar al menos un cuadro más y asegurarse de que la dirección de la corriente en el cuadro esté cambiada. momento correcto. El vídeo de formación al final de la página muestra claramente este proceso.

Un motor de CC moderno, en lugar de un bastidor, tiene una armadura con muchos conductores colocados en ranuras y, en lugar de un imán permanente en forma de herradura, tiene un estator con un devanado de excitación con dos o más polos. La figura muestra una sección transversal de un motor eléctrico de dos polos. El principio de su funcionamiento es el siguiente. Si una corriente que se aleja "de nosotros" (marcada con una cruz) pasa a través de los cables de la parte superior de la armadura, y en la parte inferior - "hacia nosotros" (marcada con un punto), entonces de acuerdo con la izquierda Como regla general, los conductores superiores serán empujados fuera del campo magnético del estator hacia la izquierda, y los conductores de las mitades inferiores del ancla serán empujados hacia la derecha según el mismo principio. Dado que el cable de cobre se coloca en las ranuras de la armadura, se le transferirá toda la fuerza del impacto y girará. Se puede ver además que cuando el conductor con la dirección de la corriente "alejándose de nosotros" gira hacia abajo y se opone al polo sur creado por el estator, quedará comprimido en lado izquierdo, y se producirá el frenado. Para evitar que esto suceda, es necesario invertir la dirección de la corriente en el cable tan pronto como se cruza la línea neutra. Esto se hace usando un recopilador: interruptor especial, conmutando el devanado del inducido con esquema general motor eléctrico.

Así, el devanado del inducido transmite el par al eje del motor eléctrico, que a su vez acciona los mecanismos de trabajo de cualquier equipo, como, por ejemplo, una máquina para una malla de alambre. Aunque en este caso se utiliza motor asíncrono corriente alterna, el principio básico de su funcionamiento es idéntico al principio de funcionamiento de un motor de corriente continua: empuja un conductor con corriente fuera de un campo magnético. Sólo un motor eléctrico asíncrono tiene un campo magnético giratorio, mientras que un motor eléctrico de CC tiene un campo estático.

Estructuralmente todo motores electricos Los circuitos de CC constan de un inductor y una armadura, separados por un entrehierro.

El inductor (estator) de un motor eléctrico de CC se utiliza para crear un campo magnético estacionario de la máquina y consta de un marco, polos principales y adicionales. El marco sirve para sujetar los polos principal y adicional y es un elemento del circuito magnético de la máquina. En los polos principales hay devanados de excitación diseñados para crear un campo magnético de la máquina, en los polos adicionales hay un devanado especial que sirve para mejorar las condiciones de conmutación.

La armadura de un motor eléctrico de CC consta de un sistema magnético ensamblado a partir de hojas separadas, un devanado de trabajo colocado en ranuras y un colector que sirve para suministrar corriente continua al devanado de trabajo.

El colector es un cilindro montado en el eje del motor y formado por placas de cobre aisladas entre sí. El conmutador tiene protuberancias en forma de gallo a las que se sueldan los extremos de las secciones de devanado del inducido. La corriente se extrae del colector mediante escobillas que proporcionan contacto deslizante con el colector. Los cepillos están fijados en portaescobillas que los sujetan en cierta posición y proporcionar la presión necesaria de la escobilla sobre la superficie del conmutador. Las escobillas y los portaescobillas están montados en un travesaño conectado a la carcasa del motor eléctrico.

El motor colector es muy bueno. Es muy fácil y flexible de ajustar. Se puede aumentar la velocidad, bajarla, las características mecánicas son duras, mantiene el par con fuerza. La dependencia es directa. Bueno, es un cuento de hadas, no un motor. Si no fuera por una mosca en el ungüento de toda esta delicia: el coleccionista.

Se trata de una unidad compleja, cara y muy poco fiable. Chispea, crea interferencias y se obstruye con el polvo conductor de las escobillas. Y bajo una carga pesada puede arder, formando un fuego circular, y ya está, el motor se arruina. Esto provocará un cortocircuito en todo.

Coleccionista en maquinas electricas actúa como rectificador de corriente alterna en corriente continua (en generadores) y el papel interruptor automático Dirección de la corriente en conductores de armadura giratorios (en motores).

Cuando el campo magnético es atravesado por sólo dos conductores formando una estructura, el colector será un único anillo cortado en dos partes, aisladas entre sí. EN caso general cada medio anillo se llama placa colectora.

El principio y el final del marco están conectados cada uno con su propia placa colectora. Las escobillas están colocadas de tal forma que una de ellas esté siempre conectada al conductor que se moverá en el polo norte, y la otra al conductor que se moverá en el polo sur.

Arroz. 2. Imagen simplificada del embalse

Arroz. 3. Rectificación de CA mediante conmutador.

Demos al marco un movimiento de rotación en el sentido de las agujas del reloj. En el momento en que el marco giratorio toma la posición que se muestra en la Fig. 3, A, la corriente más grande será inducida en sus conductores, ya que los conductores cruzan magnético líneas eléctricas, moviéndose perpendicularmente a ellos.

La corriente inducida del conductor B conectado a la placa colectora 2 fluirá hacia la escobilla 4 y, después de pasar por un circuito externo, a través de la escobilla 3 regresará al conductor A. En este caso, la escobilla derecha será positiva y la escobilla izquierda negativa.

Una mayor rotación del marco (posición B) conducirá nuevamente a la inducción de corriente en ambos conductores; sin embargo, la dirección de la corriente en los conductores será opuesta a la que tenían en la posición A. Dado que las placas colectoras también girarán junto con los conductores, el cepillo 4 volverá a enviar corriente eléctrica al circuito externo, y a través del cepillo 3 la corriente volverá al marco.

De ello se deduce que, a pesar del cambio en la dirección de la corriente en los propios conductores giratorios, debido a la conmutación realizada por el colector, la dirección de la corriente en el circuito externo no ha cambiado.

En el momento siguiente (posición D), cuando el marco vuelva a tomar su posición en la línea neutra, nuevamente no habrá corriente en los conductores y, por tanto, en el circuito externo.

En momentos posteriores, el ciclo de movimientos considerado se repetirá en el mismo orden. Así, la dirección de la corriente inducida en el circuito externo gracias al colector seguirá siendo la misma todo el tiempo, y al mismo tiempo la polaridad de las escobillas seguirá siendo la misma.

El conjunto de escobillas es necesario para suministrar electricidad a las bobinas del rotor giratorio y cambiar la corriente en los devanados del rotor. Cepillo: contacto fijo (generalmente grafito o cobre-grafito). Pinceles con frecuencia alta abrir y cerrar las placas de contacto del conmutador del rotor. Como resultado, durante la operación DPT, procesos transitorios, en los devanados del rotor. Estos procesos provocan chispas en el colector, lo que reduce significativamente la fiabilidad del DPT. Para reducir las chispas, utilice varias maneras, el principal de los cuales es la instalación de postes adicionales. A corrientes elevadas se producen potentes procesos transitorios en el rotor DPT, como resultado de lo cual las chispas pueden cubrir constantemente todas las placas del conmutador, independientemente de la posición de las escobillas. Este fenómeno se denomina chispa anular del colector o “fuego circular”. Las chispas anulares son peligrosas porque todas las placas colectoras se queman al mismo tiempo y su vida útil se reduce considerablemente. Visualmente, las chispas anulares aparecen en forma de un anillo luminoso cerca del colector. El efecto de chispas anulares del colector no es aceptable. Al diseñar accionamientos, se establecen restricciones adecuadas sobre los pares máximos (y, por tanto, las corrientes del rotor) desarrollados por el motor. El diseño del motor puede tener una o más unidades de conmutador de escobillas.

Pero ya estamos en el siglo XXI y los semiconductores baratos y potentes están a cada paso. Entonces, ¿por qué necesitamos un inversor mecánico si podemos hacerlo electrónico? Así es, ¡no es necesario! Entonces tomamos y reemplazamos el colector con interruptores de potencia, y también agregamos sensores de posición del rotor para saber en qué momento cambiar los devanados.

¿Y qué obtenemos? ¡Bien! Motor CC sin escobillas, también conocido como BLDC. Todas las mismas características lindas y convenientes del DPT, pero sin este desagradable coleccionista. Y no confunda BLDC con motores síncronos. Se trata de máquinas completamente diferentes y tienen diferentes principios de funcionamiento y control, aunque estructuralmente son MUY similares y el mismo sincronizador puede funcionar fácilmente como un BLDC, añadiendo solo sensores y un sistema de control. Pero esa es una historia completamente diferente. más sobre él.

Siguiendo con el tema del motor DC, cabe destacar que el principio de funcionamiento del motor eléctrico se basa en invertir la corriente DC en el circuito del inducido de manera que no exista frenado y la rotación del rotor se mantenga a un ritmo constante. Si cambia la dirección de la corriente en el devanado excitador del estator, entonces, de acuerdo con la regla de la izquierda, la dirección de rotación del rotor cambiará. Lo mismo sucederá si intercambiamos los contactos de las escobillas que suministran energía desde la fuente al devanado del inducido. Pero si cambia “+” “-” tanto aquí como allá, la dirección de rotación del eje no cambiará. Por lo tanto, en principio, para alimentar dicho motor se puede utilizar C.A., porque la corriente en el inductor y la armadura cambiará simultáneamente. En la práctica, estos dispositivos rara vez se utilizan.

Creo que muchos de ustedes que han incursionado en los motores se habrán dado cuenta de que tienen una corriente de arranque pronunciada, cuando el motor al arrancar puede tirar de la aguja del amperímetro, por ejemplo, a un amperio, y después de acelerar la corriente cae a unos 200 mA. .

Acerca de diagrama electrico Al encender el motor, hay varios y se muestran en la figura. En conexión paralela devanados, el devanado de la armadura está hecho de gran cantidad vueltas de alambre fino. Con esta conexión, la corriente conmutada por el colector será significativamente menor debido a alta resistencia y las placas no producirán chispas ni se quemarán mucho. si lo haces conexión en serie devanados del inductor y la armadura, entonces el devanado del inductor está hecho de un cable de mayor diámetro con menos vueltas, porque toda la corriente del inducido fluye a través del devanado del estator. Con tales manipulaciones con un cambio proporcional en los valores actuales y el número de vueltas, la fuerza magnetizante permanece constante y características de calidad Los dispositivos están mejorando.

Hoy en día, los motores de CC rara vez se utilizan en la producción. Entre las desventajas de este tipo de máquinas eléctricas, se puede destacar el rápido desgaste del conjunto recogeescobillas. Ventajas - buenas caracteristicas arranque, fácil ajuste de frecuencia y sentido de rotación, simplicidad de diseño y control.

Actualmente, los motores DC excitación independiente, controlados por convertidores de tiristores, se utilizan en accionamientos eléctricos industriales. Estos accionamientos proporcionan control de velocidad en un amplio rango. La regulación de la velocidad hacia abajo desde la nominal se lleva a cabo cambiando el voltaje en la armadura, y hacia arriba, debilitando el flujo de excitación. Las limitaciones de potencia y velocidad están determinadas por las propiedades de los motores utilizados, y no dispositivos semiconductores. Los tiristores se pueden conectar en serie o en paralelo si no son lo suficientemente altos. clase de voltaje o corriente. La corriente y el par del inducido están limitados por la capacidad de sobrecarga térmica del motor.

Principio de funcionamiento:

Conjunto de motor de CC PARA DETALLES:

Para aquellos que tengan curiosidad, puedo contarles con más detalle o, por ejemplo, qué es. Bueno, sólo para aquellos que tienen sed: detalles sobre . El artículo original está en el sitio web. InfoGlaz.rf Enlace al artículo del que se hizo esta copia:

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