Двигун постійного струму - Energie Plus Сайт

Двигун постійного струму

Загальність

Двигуни постійного струму з незалежним збудженням все ще регулярно зустрічаються в машинних приміщеннях старих будівель. Зазвичай вони входять до групи Уорда-Леонарда, яка легко варіює швидкість обертання.

В даний час у групі Уорда-Леонарда ми зберігаємо лише двигун постійного струму, який на цей раз пов'язаний зі статичним приводом зі змінною швидкістю (електронний варіатор), технологія якого простіша і недорога, вимагаючи незначного обслуговування. широкий діапазон швидкостей (від 1 до 100%).

Принцип роботи

Двигун постійного струму складається з:

індуктора або статора,
якір або ротор,
колектора та щіток.

Коли обмотка дроселя двигуна подається постійним струмом, за тим же принципом, що і двигун із постійним магнітом (як на малюнку нижче), він створює магнітне поле (потік збудження) північного напрямку-Південь.

У магнітному полі розміщена котушка, здатна обертатися на осі обертання. Крім того, два провідники, що утворюють поворот, електрично з'єднані з напівколектором і забезпечуються постійним струмом через дві фрикційні щітки.

Відповідно до закону Лапласа (будь-який провідник, пройдений струмом і поміщений в магнітне поле, піддається дії сили), провідники якоря, розміщені по обидва боки від осі щіток (нейтральна лінія), піддаються рівним силам F, але в протилежних напрямках, створюючи крутний момент двигуна: якір починає обертатися !

Якби система щіткозбірників не була присутня (одинарна котушка, що живиться постійним струмом), котушка перестала б обертатися у вертикальному положенні на осі, яку зазвичай називають "нейтральною лінією". Роль системи щіткозбірників полягає в перемиканні напрямку струму в двох провідниках, коли нейтральна лінія проходить. Струм, що змінюється, рушійні сили на провідниках також змінюються, що дозволяє продовжувати обертання котушки.

На практиці котушка замінюється якорем (ротором) дуже складної конструкції, на якому встановлені обмотки (складені з великої кількості витків), з'єднані з колектором, "вклиненим" на кінці вала. У цій конфігурації якорь можна розглядати як одну і ту ж обмотку, подібну до одного повороту.

Характеристика

Переваги та недоліки двигуна постійного струму перелічені нижче:

Реверсивна машина

В режимі роботи тягових підйомників лебідка постійного струму може:

Іноді працюють як двигун, коли салон та противаги протистоїть обертальному руху (так зване "стійке" навантаження); двигун забирає енергію з електромережі.
Іноді працює генератором, коли одна і та ж система має тенденцію сприяти обертанню (так зване "навантажувальне" навантаження); генератор повертає енергію в мережу.

Тип двигуна постійного струму

Залежно від застосування обмотки котушки індуктивності та якоря можуть бути з'єднані різними способами. Як правило, ми знаходимо:
Двигуни з незалежним збудженням.

Двигуни з паралельним збудженням.

Серійні двигуни збудження.

Двигуни складеного збудження.

Більшість ліфтових машин налаштовані на паралельне або незалежне збудження. Реверсування напрямку обертання двигуна отримується шляхом реверсування або з'єднань індуктора, або якоря.

Індуктор

Індуктивність двигуна постійного струму - це статична частина двигуна. В основному він складається з:

туші,
підшипники,
несучі фланці,
власники мітли.

Саме серце двигуна, по суті, складається з:

Набір пар полюсів, що складається зі стопки феромагнітних листів.
Обмотки (або мідні обмотки), призначені для створення магнітного поля або полів в залежності від кількості пар полюсів.

Для двигунів певної потужності кількість пар полюсів множиться з метою кращого використання матеріалу, зменшення габаритних розмірів та оптимізації проникнення магнітного потоку в якір.

Індукований

Арматура двигуна постійного струму складається з вала, на якому укладений набір феромагнітних дисків. По периферії циліндра, утвореного накопиченими дисками, в осі зроблені вирізи. У цих вирізах обмотки (котушки арматури) "накручуються" за дуже точним і складним малюнком, що вимагає особливої праці (значні витрати). З цієї причини ми, як правило, воліємо рухатися до двигунів змінного струму, які є більш надійними та простими за своєю конструкцією.

Кожна обмотка складається з ряду секцій, самі складаються з поворотів; котушка являє собою розімкнуту петлю, зовнішній потік якої розміщений у виїмці якоря, а повернення в діаметрально протилежній виїмці. Таким чином, щоб обмотка проходила струмом, її вивідний і зворотний провідники з'єднані з лопатями колектора (циліндр, вклинений на вал і складений на периферії послідовності мідних смуг, розташованих між собою ізолятором).

Склад арматури.

Інтерфейс між джерелом живлення постійного струму та колектором якоря забезпечується щітками та щіткотримачами.

Віники

Щітки пропускають електричний струм між джерелом живлення та обмотками якоря у вигляді фрикційного контакту. щітки зроблені з графіту і, певним чином, є зношуваною частиною. У міру стирання графіту він виділяє пил, що робить двигун постійного струму чутливим до належного обслуговування і, отже, дорогим.

Щітка, щіткотримач та колектор у зборі.

Точка контакту між щітками і комутатором є слабким місцем двигуна постійного струму. Насправді саме тут, крім проблеми графітового зносу, відбувається комутація (зміна напрямку струму в обмотці) шляхом створення мікродуг (іскор) між ламелями колектора; одним з основних ризиків деградації колектора є їх коротке замикання через знос.

Регулювання швидкості обертання

Зв'язок швидкості та контрелектрорушійної сили при постійному потоці

Коли на якор подається пряма або випрямлена напруга U, виникає протиелектрорушійна сила E.
Ми маємо:

E = U - R x I [вольт]

R = опір якоря [Ом].
I = сила струму в якорі [ампер].

Зворотно-рухова сила пов'язана зі швидкістю та збудженням двигуна.
Ми маємо:

E = k x ω x Φ [вольт]

k = константа, специфічна для двигуна (залежно від кількості провідників якоря).
ω = кутова швидкість якоря [рад/с].
Φ = потік індуктивності [Вебер].

Аналізуючи вищезазначене співвідношення, ми бачимо, що при постійному збудженні the задня електрорушійна сила E пропорційна швидкості обертання.

Зв'язок крутного моменту і потоку

Що стосується крутного моменту двигуна, він пов'язаний з потоком індуктивності та струмом якоря наступним співвідношенням.

C = k x Φ x I [Нм]

k = константа, специфічна для двигуна (залежно від кількості провідників якоря).
Φ = потік індуктивності [Вебер].
I = сила струму в якорі [ампер].

Аналізуючи наведені вище відносини, ми бачимо, що за рахунок зменшення витрати крутний момент зменшується.

Зміна швидкості

З огляду на співвідношення між швидкістю, потоком і зворотним ЕРС, можна змінювати швидкість двигуна двома різними способами. Ми можемо:

Збільште задню електрорушійну силу E, збільшуючи напругу на виводі якоря, зберігаючи постійний потік індуктивності. Ми маємо так звану операцію “постійного крутного моменту”. Цей тип операцій цікавий, коли мова йде про керування ліфтом.
Зменшіть потік індуктивності (потік збудження), зменшивши струм збудження, підтримуючи постійну напругу живлення якоря. Цей тип операцій вимагає зменшення крутного моменту при збільшенні швидкості.

Група Уорда-Леонарда

Група Уорд-Леонард представляє лебідки кабельного тягового елеватора старого покоління. Ця система дозволила змінювати швидкість двигуна постійного струму з незалежним збудженням, регулюючи напругу якоря через генератор постійного струму, збудження якого змінювалося; генератор приводиться в дію механічно від звичайного двигуна змінного струму.

Для невеликої зміни струму збудження генератора можна було контролювати величезні потужності двигунів постійного струму в дуже широкому діапазоні змін швидкості.

Електроніка регулювання швидкості витіснила систему групи Уорда-Леонарда, де електронний варіатор швидкості керує:

або безпосередньо двигун змінного струму,
або двигун постійного струму, єдиний виживший із групи Уорда-Леонарда.