DC мотор: принципът на работа. DC мотор: Устройство

Първият от всички въртящи се електромашини, изобретявани през 19-ти век, е DC мотор. Принципът на функционирането му е известен още от средата на миналия век, а до ден днешен DC двигателите продължават да служат вярно на човек, задвижвайки много полезни машини и механизми.

Първи DFT

От 30-те години на ХІХ в. В развитието си те преминават през няколко етапа. Факт е, че преди появата в края на деветнадесети век на машината генератори единственият източник на електричество е галванична клетка. Следователно всички първи електродвигатели могат да работят само на постоянен ток.

Какъв беше първият DC мотор? Принципът на експлоатация и подреждане на двигателите, построени през първата половина на XIX век, е както следва. Полюсният индуктор е набор от фиксирани постоянни магнити или електромагнити, които нямат обща затворена магнитна верига. Характерните-полюсен арматура формира няколко отделни магнити прът върху обща ос, която се задвижва от най-отблъскващите и атрактивни сили към полюсите на индуктор. Типични представители на тях са били двигатели W. Ricci (1833) и Б. Jacoby (1834), оборудван с механични превключватели на тока в електромагнитите с Арматурите подвижни контакти във веригата на котвата ликвидация.

Как работи двигателят Jacobi

Какъв беше принципът на тази машина? Двигателят с постоянен ток на Якоби и неговите аналози имат пулсиращ електромагнитен момент. По време на сближаване на противоположните полюси на котвата и индуктора чрез магнитно привличане сила въртящ момент на двигателя бързо достига своя максимум. След това, когато полюс местоположението на котвата противоположния полюсите на индуктор, механичен ключ и се прекъсне тока в електромагнитите на котвата. Моментът падна до нула. Благодарение на инерцията на котвата и задвижвания механизъм анкерни полюсите изпод полюсите на индуктор, в този момент в тях от тока ключ се доставя в обратната посока, тяхната полярност и обратно, както и силата на тежестта до най-близкия стълб на индуктор е заменена с отблъскваща сила. По този начин двигателят Jacobi се завърташе с последователни тласъци.

Появява се пръстеновидна котва

В сърцевинните електромагнити на двигателната апаратура Jacobi токът периодично се изключваше, създаденото от тях магнитно поле изчезва и енергията му се превръща в топлинни загуби в намотките. По този начин се извършва електромеханично преобразуване на източника на електрически ток на арматурата (галванична клетка) до механичен ток с прекъсвания. Нуждаем се от двигател с непрекъсната затворена намотка, чийто ток ще продължи непрекъснато през цялото време на работа.

И такова fuhtufn е създадено през 1860 г. от А. Pacinotti. Каква беше разликата между неговия DC двигател и неговите предшественици? Принципът на работа и конструкцията на двигателя на Pacintotti са следните. Като котва той използва стоманен пръстен с спици, закрепен към вертикален вал. В този случай котвата няма ясно изразени полюси. Той стана имплицитен полюс.

анкерната намотка намотка се навива между спиците на пръстена, краищата на които са свързани в серия на котвата, и от точките на свързване на всеки две намотки са направени кран свързан към колекторните пластини, разположени по протежение на обиколката на дъното на вала на двигателя, броят на които е равен на броя на бобини. Цялата котвата е затворена върху себе си и серийни точки на свързване на своите намотки са свързани към съседни колекторните пластини, които се плъзгат върху чифт ролки настоящите доставки.

Пръстеновидното котвата е поставен между полюсите на две фиксирани електромагнити индуктор-статор, така че силовите линии, създадени от тях ме възбужда магнитно поле, включени във външната цилиндрична повърхност на котвата на двигателя на Северния полюс възбуждане преминал през котвата пръстеновидната, без да се движат във вътрешността на дупката си и излиза под южен полюс.

Как работи двигателят на Pachinotti

Какъв беше принципът му на действие? Двигателят на постоянен ток Pachinotti работи точно като модерния DPT.

Магнитното поле на индуктор стълбове с полярности това винаги е бил определен брой проводници на котвата намотка ток с постоянна посока, в която индуктор по различните полюси на посоката на тока на котвата се е обърнала. Това беше постигнато чрез поставяне на теглещи ролки, които играят ролята на четки в пространството между полюсите на индуктора. Затова арматура, токът течеше към бобината чрез ролката, плоча на колектора и към който са прикачени кранове, което също е в пространството между полюсите, тогава течеше в противоположни посоки по протежение на две poluobmotkam пръчки, и най-накрая течеше през клон линия, колекционер плоча и ролката в друга interpolar интервал. В този случай самата амортисьорна под направляващите на индуктора се промени, но текущата посока в тях остана непроменена.

за законът на Ампер, За всеки проводник на арматурната бобина с ток, който е в магнитното поле на индукторния стълб, действа сила, чието направление се определя от добре известното правило на "лявата ръка". По отношение на оста на двигателя тази сила създава въртящ момент, а сумата от моментите от всички такива сили дава общия въртящ момент на DCT, който вече е почти постоянен за няколко пластини на колектора.

DFT с пръстеновидна арматура и граматична намотка

Както често се е случвало в историята на науката и технологиите, изобретяването на А. Пачиноти не е намерило приложение. Той е забравен за 10 години, докато през 1870 г. той се повтаря независимо от френско-германския изобретател З. Грам в подобна конструкция генератор на постоянен ток. В тези машини оста на въртене вече беше хоризонтална и въглеродни четки бяха използвани, плъзгащи се над колекторни пластини с почти модерен дизайн. През седемдесетте години на ХІХ век принципът на обратимостта на електрическите машини е станал известен и машината Грам е била използвана като генератор и DC двигател. Принципът на нейното действие вече е описан по-горе.

Въпреки факта, че изобретяването на пръстеновидната котва е важна стъпка в развитието на DPT, нейната ликвидация (наречена Grammovaya) има значителен недостатък. В магнитното поле на индуктивните полюси са разположени само тези проводници (наречени активни проводници), които се намират под тези стълбове на външната цилиндрична повърхност на арматурата. За тези, които са магнитни силата на Ампер, създавайки въртящ момент спрямо оста на двигателя. Същите неактивни проводници, които преминаха през отвора на пръстеновидната котва, не участваха в създаването на момента. Те просто излишно разпръснат електричество под формата на топлинни загуби.

От пръстеновидната котва до барабана

Премахването на този недостатък на пръстеновидната котва бе през 1873 г., известния германски електроинженер Ф. Гефнер-Алтенек. Как функционира неговият DC мотор? Принципът на действие, устройството на неговия индуктор-статор е същият като този на двигател с намотка на пръстена. Но дизайнът на арматурата и нейната намотка са се променили.

Gefner-Altenek посочи, че посоката на арматура токът от фиксираното четката, в проводници grammovskoy ликвидация възбуждане на съседни полюси винаги са противоположни, т.е. те могат да бъдат включени в намотките, разположени на външната цилиндрична повърхност на бобината с ширина (смола), равен на поле терена (обиколката на котвата, на един полюс на възбуждане).

В този случай дупката в пръстеновидната котва става ненужна и става твърд цилиндър (барабан). Такава намотка и самата котва получиха името на барабан. Потреблението на мед в него за идентичен брой активни проводници е много по-малко, отколкото при Gramm намотката.

Котвата се назъбва

В машините на Грам и Гефнер-Алтенек повърхността на котвата беше гладка и проводниците на нейната намотка бяха разположени в пролуката между нея и полюсите на индуктора. Разстоянието между вдлъбнатата цилиндрична повърхност на възбуждащия стълб и изпъкналата повърхност на котвата е няколко милиметра. Следователно, за да се създаде необходимото магнитно поле, беше необходимо да се използват възбуждащи намотки с голяма магнитомотивна сила (с голям брой завои). Това значително увеличи размерите и теглото на двигателите. Освен това, върху гладката повърхност на арматурата на намотката му беше трудно да се прикрепи. Но как да бъдем? В края на краищата, за да действа на проводник с ток на усилване на Ampé, той трябва да бъде разположен в точки на пространството с голямо магнитно поле (с голяма магнитна индукция).

Оказа се, че това не е необходимо. Американски изобретател H. Maxim пистолет показа, че ако котвата изпълнява барабан предавка и каналите, образувани между зъбите да поставят барабана бубинна намотка, разликата между полюсите и възбуждане може да бъде намалена до части от милиметъра. Това направи възможно значително намаляване на размера на възбуждащите бобини, но въртящият момент на DFT не намалява в най-малка степен.

Как функционира такъв DC мотор? Принципът на работа се основава на факта, че зъбното котва магнитната сила не е приложен към проводниците в своите слотове (магнитно поле в тях е практически отсъства), както и за самите зъби. В този случай наличието на ток в проводника в жлеба е от решаващо значение за появата на тази сила.

Как да се отървете от вихрови токове

Друго съществено подобрение бе въведено от известния изобретател Т. Едисон. Какво добави към DC мотора? Принципът на действие остава непроменен, но материалът, от който е направена неговата котва, се променя. Вместо предишния масив, той стана ламиниран от тънки електрически изолирани стоманени листове. Това позволи да се намали величината на вихрови токове (Foucault токове) в арматурата, което увеличи ефективността на двигателя.

Принципът на DC мотора

Накратко тя може да бъде формулирана по следния начин: при свързване на намотката на котвата на възбуден мотор към източник на захранване, в него се появява голям ток, наречен стартов ток и надхвърлящ номиналната му стойност няколко пъти. Освен това под полюсите на възбуждане на противоположната полярност посоката на токовете в проводниците на намотката на котвата е също обратното, както е показано на фигурата по-долу. Според правило на "лявата ръка", Силите на Ампер действат върху тези проводници, насочени обратно на часовниковата стрелка и влачене на котвата. В проводниците на намотката се индуцира арматурата електромоторна сила (срещу ЕМП), Срещу напрежението на източника на захранване. Тъй като анкерът се разпръсква, анти-ЕМФ в неговата намотка също нараства. Съответно токът на котвата се намалява от стартовата арматура до стойността, съответстваща на работната точка на характеристиката на двигателя.

За да се увеличи скоростта на въртене на арматурата, е необходимо или да се увеличи токът в намотката му, или да се намали контра-емф в него. Последното може да се постигне чрез намаляване на магнитното поле на възбуждане чрез намаляване на тока в възбуждащата намотка. Този метод за контрол на скоростта на DPT е широко разпространен.

Принципът на DC мотора със самостоятелно възбуждане

С включването на полеви ликвидация терминали (ОВ) към друг източник на захранване (независим ОМ) мощен DPT обикновено се извършва, за да го направи по-удобно да се контролира големината на възбудителния ток (с цел да се промени скоростта на въртене). Чрез своите свойства, DPT с независим OB са почти същите като DPT с OB, свързани паралелно с намотката на арматурата.

Паралелно възбуждане на DPT

Принципът на действие на двигателя за постоянен ток на паралелно възбуждане се определя от неговата механична характеристика, т.е. зависимостта на скоростта на въртене от момента на зареждане на вала. За такъв двигател промяната в скоростта по време на прехода от неактивното въртене към номиналния момент на натоварване е от 2 до 10%. Такива механични характеристики се наричат ​​твърди.

По този начин принципът на мотора на постоянен ток с паралелно възбуждане определя неговата употреба при задвижвания с постоянна скорост на въртене с голям обхват на вариране на натоварването. Въпреки това, той се използва широко в регулируемо задвижване с променлива скорост. За да се регулира неговата скорост, може да се приложи промяна както в тока на котвата, така и в тока на възбуждане.

Последично възбуждане на DFT

Принципа на работа на двигателя DC на серия възбуждане като паралелно се определя от механична характеристика, която в този случай е мека, защото скоростта на двигателя значително се променя при натоварване. Къде е най-изгодно да се използва такъв DC мотор? Принципът на работа на скоростта на двигателя железопътната усилие, което трябва да се намали при преодоляване на повишенията на състава и да се върнете към номиналната движението, когато равнината напълно кореспондира с DPT с OB последователно свързан към котвата ликвидация. Следователно значителен брой електрически локомотиви в света са оборудвани с такива устройства.

Принципът на функциониране на моторно DC с поредица възбуждане на изпълнение като пулсиращ ток тягови двигатели, които по същество са едни и същи с DPT последователен RH, но специално проектирани за работа с поправеното вече на борда на електрическия ток и имат съществен пулсация.