Двигатель постоянного тока | Устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока

Электрические машины востребованы для работы оборудования разного назначения. Агрегаты встречаются в бытовых и промышленных устройствах. Для получения большой механической мощности с возможностью управления частотой вращения спросом пользуется двигатель постоянного тока (ДПТ или DC двигатели).

Устройство и принцип действия

Внешне двигатель постоянного тока представлен компактным моноблочным устройством с клеммами для подключения. На выходе вал, через который передается крутящий момент рабочему механизму.

Электрическая машина состоит из двух основных компонентов:

1. Статор. Неподвижный элемент двигателя с обмоткой для возбуждения электродвижущей силы (ЭДС). У статора противоположно расположено два постоянных магнита с разными полюсами.
2. Ротор. Вращающийся элемент ДПТ, который преобразует электромагнитную силу в механическую энергию.

На роторе присутствует токопроводящая обмотка с концами на щетках. Они являются контактами, на которые подается электроэнергия. Поток заряженных частиц через обмотку проходит по касательной постоянный магнит статора, возбуждая электродвижущую силу. Она приводит в действие ротор, который вращается с постоянной скоростью.

Направление потока электрических зарядов векторное и прямое, поэтому ротор двигателя немного прокрутится и остановится. Для непрерывного вращения на его конце установлена токопроводящая пластина (ламель).

Но одной ламели недостаточно, т.к. после проворачивания ротора на 180 °C на пути будет магнит с обратной полярностью. И чтобы якорь не вращался «туда-сюда», ламели расположены по всей окружности конца ротора в виде неподвижного щеточного коллектора на подшипниках скольжения. Независимо от текущего положения ротора, в любой момент вращения возле магнита всегда будет ламель, принимающая постоянный ток.

За свою конструкцию такие машины называются коллекторными электродвигателями. Они первыми были разработаны и до сих пор в спросе.

Агрегаты долговечны, поддерживают регулировочную скорость вращения ротора. Все электрические машины постоянного тока — синхронные двигатели. Называются они так по причине одинаковой скорости вращения магнитного поля и ротора.

С развитием электроники появились DC двигатели без щеточного коллектора. Постоянный ток подается на статор, а закрепленные на роторе постоянные магниты начинают вращать якорь. С конструктивной стороны такие машины более сложные и имеют узкое назначение. Используются в условиях, в которых применение коллекторных электродвигателей не оправдано.

Способы возбуждения ЭДС ДПТ

Благодаря низкой себестоимости коллекторные электромоторы распространены в недорогих бытовых устройствах. Но их мощности недостаточно для крупногабаритного оборудования. Поэтому в промышленности применяются машины с обмоткой на статоре (вместо постоянного магнита). По классификации агрегаты отличаются способом возбуждения ЭДС.

Последовательное возбуждение

Обмотка возбуждения на статоре и на якоре питаются от одного источника постоянного тока. Сначала он проходит по статору, а когда он поступит на ротор, уже будет действовать ЭДС. Это самая удачная схема запуска двигателя — можно обеспечить плавный пуск машины и доступна регулировочная скорость вращения.

Но есть и существенный недостаток — возбуждаемое магнитное поле растет лишь с повышением постоянного тока. Поэтому для получения высокой скорости подается больше мощности. В результате часто происходят искрения и перегорания ламелей. При использовании двигателей с последовательным возбуждением приходится выбирать между производительностью и долговечностью.

Параллельное возбуждение

Поток частиц идет от одного источника одновременно на обмотки статора и ротора ДПТ. Напряжение будет одинаковым, а вот сила распределяться между проводниками. Машины с такой конфигурации самые простые в производстве и компактны. Концы проводников статора и ротора подсоединены напрямую к щеткам. Нет дополнительных соединений обмоток между собой (которое есть при последовательном возбуждении).

Но с увеличением силы заряда на обмотке возбуждения, на якоре будет спад, и наоборот. Поэтому электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением могут работать лишь с одной скоростью. Они часто используются в насосах магистральных трубопроводов, которые работают под конкретным напором.

Независимое возбуждение

На якорь и статор подается напряжение от разных источников питания. Такая схема позволяет обеспечить плавный пуск, т.к. при увеличении скорости вращения возбужденное поле не меняется. И это значительно продлевает ресурс машины.

У электродвигателей постоянного тока с независимым возбуждением только один недостаток — частый выход из строя якоря. Это связано с тем, что при перегрузках ЭДС не меняется (т.к. она возбуждается иным источником, не задействованным при регулировании оборотов ротора). Оператор может заметить дефекты в работе только когда уже становится поздно (сильный шум, запах перегоревшей изоляции).

Смешанное (комбинированное) возбуждение

У таких машин несколько катушек возбуждения с разным соединением. Электродвигатели сложны и функциональны. Они применяются в условиях, когда требуется бесперебойная работа, а сохранность агрегата вторична.

Например, при штатной работе задействуется обмотка возбуждения, которая параллельно соединена с проводником якоря, и ротор вращается с одной скоростью. А в момент перебоев на генераторе или подстанции подача тока переключается на другую катушку, у которой независимое от якоря возбуждение. Электродвигатели постоянного тока со смешанным возбуждением не встречаются в бытовых устройствах. В зависимости от режима работы по факты такие агрегаты могут иметь классификацию.

Способы эксплуатации

Электрически е DC машины постоянного тока могут работать в прямом и обратном порядке. В результате их можно использовать в качестве генераторов путем преобразования механической силы в электрическую энергию.

Режим электродвигателя

Подаваемый постоянный ток преобразовывается в механическую силу вращения ротора, которую можно использовать в разных целях:

• перекачка газообразных и жидких сред;
• транспортировка и подъем грузов;
• обработка материалов разной прочности.

Электрическая машина постоянного тока находит широкое применение только от одного вращения, но и это не предел ее возможностей. У преобразования линейная зависимость — обороты зависят от напряжения (чем оно выше, тем их больше на единицу времени). Такая зависимость позволяет использовать две опции:

1. Регулирование скорости вращения. С помощью частотного преобразователя меняется напряжение, а за ним прямо пропорционально растут или падают обороты. Это позволяет использовать оборудование более эффективно (менять напор перекачки, ускорять подъем более легких грузов и т. д.).
2. Плавный запуск. Пусковой ток подается не сразу базовым напряжением, а с постепенным его увеличением до требуемого значения. Также можно обеспечить плавный переход при переключении скорости вращения. Эта функция значительно сокращает износ машины от резких вращений.

С развитием электроники стало возможным регулировать вращение ротора двигателей постоянного тока под управлением других устройств, делая его работу автономной:

1. Термостат у котла задает скорость вращения насоса, при которой в трубах будет достигнута нужная температура.
2. Аварийная система обесточивает агрегат при его перегреве.
3. Реле давления останавливает перекачку в магистральных трубопроводах при полном резервуаре, и с его опустением снова запустит машину.

Режим генератора

Принцип заключается в реверсивной работе DC электродвигателя. Под действием механической силы ротор начинает вращаться и генерировать электрический заряд на полюсах. Токосъем происходит подключением сетей к щеткам.

Подавляющее большинство двигателей с работой в режиме генератора действуют в электростанциях. Для движения ротора задействуется течение реки или пар. Крупные перерабатывающие заводы могут обеспечивать себя электроэнергией с нулевой себестоимостью. В качестве механической силы для движения ротора используется побочный продукт в виде струи газа.

Также распространено применение компактных мини-электростанций. Они представлены установкой с двигателем внутреннего сгорания и генератора. Ротор приводится в движение сжиганием бензина или ДТ. Мини-электростанции распространены на строительных промышленных объектах в условиях отсутствия электросетей.

На практике в целях продления срока службы генератора ротор ДПТ всегда работает с минимальной нагрузкой. Ток необходимых характеристик получается подключением выпрямителей, резисторов и инверторов.

Универсальный электродвигатель

Если у машины магнитное поле возбуждения и ротор вращаются с одинаковой скоростью (синхронная машина), он устроен так, что возможно питание от постоянного и переменного тока. Дополнительная обмотка возбуждения проходит не по всему статору, а секционно (по образу с ламелями щеточного коллектора). При включении двигателя в цепь с источником постоянного тока питание подается на основную обмотку статора, а когда от переменного — на дополнительную.

Такой подход позволяет коллекторному двигателю постоянного тока работать от общей сети. Он используется в бытовых приборах с высокой производительностью. Вся причина в том, что переменный ток электросети напряжением 230 В и частотой 50 Гц можно преобразовать во вращение ротора с крутящим моментом не более 3000 об. /мин. В обычном режиме оборудование работает от переменного источника питания. Но когда требуется очень высокая скорость вращения механизма, происходит предварительное выпрямление. Ток становится постоянным и после передается на щетки машины.

Достоинства

У электродвигателей постоянного тока много преимуществ, среди которых можно отметить следующее:

1. Линейная зависимость преобразования энергии. По характеристикам источника можно заранее рассчитать обороты, с которыми движется ротор (и наоборот для генератора). Это обеспечивает плавным пуском и регулировочной скорость вращения электромотора.
2. Универсальная конструкция. Для любых задач подходит коллекторный двигатель, и наладить производство одного вида машин проще.
3. Компактность. Синхронные двигатели состоят только из статора и якоря, остальные компоненты незначительны и не почти не влияют на размер агрегата.

Двигатели постоянного тока отлично подходят для предприятий на производстве. Но в быту по ряду качеств они проигрывают основному конкуренту — асинхронным двигателям:

1. Меньший рабочий ресурс и требовательность к частому обслуживанию с заменой изношенных частей.
2. Сложная конструкция якорей, не позволяющая отремонтировать или заменить их самому.
3. Для подключения к общей сети требуется выпрямитель.

По этим причинам в домашних устройствах и бытовых инструментах присутствуют асинхронные двигатели. Их принципиальное отличие в поле возбуждения, которое всегда вращается быстрее ротора. Такие машины устроены так, что работают только от переменного тока.

Типы неисправностей

Двигатели постоянного тока используются для приведения в движение крупногабаритных агрегатов с большой нагрузкой, и где требуется часто менять скорость вращения. Преимущественно это область энергетики и производства с тяжелыми условиями работы, ускоряющими износ мотора. Но даже при бережной эксплуатации возможен выход из строя.

Для двигателей постоянного тока характерны многие поломки, которые можно объединить в 4 типа неисправностей:

1. Разрушение изоляции и обмотки.  При перегреве или коротком замыкании электромотор получает сильный урон. Изоляция разрушается, а уязвимая часть обмотки деформируется под действием внешнего тепла или роста сопротивления материала проводника. Поломке предшествует перегрев и шумная работа. Принципиальное отличие замыкания от перегрева в том, что неполадка на стороне и ее придется устранить после ремонта агрегата.
2. Отсутствие питания. При наличии постоянного тока полный отказ в работе двигателя указывает на обрыв одной или нескольких обмоток. Зачастую такая ситуация происходит в результате повреждения витков из-за неаккуратного обслуживания. В половине случаев обмотку двигателя можно восстановить без замены.
3. Постукивания и вибрации. Разбалансировка вала или разрушение подшипников скольжения нарушает синхронную передачу крутящего момента рабочему механизму. В результате происходят многократные толчки между валами, которые еще сильнее вредят электромотору. Возможно механическое разрушение отдельных частей (уцелевших подшипники, ламели коллектора).
4. Рабочие характеристики не соответствуют настройкам. Отвечающий за подачу постоянного тока на двигатель механизм неисправен. При повреждении катушки частотного преобразователя изменение скорости вращения ротора не будет соответствовать настройкам. При дефектной работе в режиме генератора токосъем не соответствует требуемым параметрам.

При наблюдении любых признаков неисправности необходимо отключить двигатель и передать его в сервис для ремонта. Дальнейшая эксплуатация мотора постоянного тока под нагрузкой причинит ему еще больше урона или нарушит работу оборудования. Восстановление машины необходимо доверить только специалистам. Только профессионалы способны на определение всех неисправностей и смогут устранить их за короткий срок.

Технический центр «Хельд» ремонтирует электрические моторы постоянного тока и устраняет неисправность любой сложности. Мастера восстанавливают обмотку статора и якоря, меняют подшипники скольжения, делают балансировку ротора. Также мы ремонтируем бытовые и промышленные агрегаты с работой от электродвигателя постоянного тока до 1000 кВт: генераторы, станки, компрессоры, насосы.

Если вам требуется срочное и профессиональное восстановление мотора, обратитесь в нашу компанию. Специалисты быстро изучат состояние машины, найдут все неисправности и сообщат условия ремонта.

Двигатель постоянного тока: устройство и принцип действия

Содержание

Немного истории и теории

Первые электрические двигатели

Бурное развитие электротехники не прекращается с момента зарождения этого направления в физике. Первыми разработками, связанными с электрическими моторами, были работы многих ученых в 20-х годах 19-го столетия. Изобретали всяких мастей пытались соорудить механические машины, способные превращать электрическую энергию в кинетическую.

• Особую значимость имеют исследования М. Фарадея, который в 1821 году, проводя эксперименты по взаимодействию тока и разных проводников, выяснил, что проводник может вращаться внутри магнитного поля, ровно как вокруг проводника может вращаться и магнит.
• Второй этап развития занял более значительный отрезок времени от 1830-х до 1860-х годов. Теперь, кода основные принципы преобразования энергии человеку были известны, он пытался создать наиболее эффективную конструкцию двигателя с вращающимся якорем.
• В 1833 году американский изобретатель и по совместительству кузнец Томас Девенпорт смог построить первый роторный двигатель, работающий на постоянном токе, и сконструировать модель поезда, приводимую им в движение. На свою электрическую машину он получил патент спустя 4 года.

Б.С. Якоби

• В 1834 году Борис Семенович Якоби, русско-немецкий физик и изобретатель, создает первый в мире электродвигатель постоянного тока, в котором смог таки реализовать основной принцип работы таких машин, применяемый и сегодня – с постоянно вращающейся частью.
• В 1838 году, 13 сентября был произведен пуск настоящей лодки по Неве с 12-ю пассажирами на борту – так происходили полевые испытания двигателя Якоби. Лодка двигалась со скоростью 3 кмч против течения. Привод двигателя был соединен с лопастными колесами по бокам, как на пароходах того времени. Электрический ток подавался к агрегату от батареи содержащей 320 гальванических элементов.

Лодка с лопастными колесами

Результатом проведенных испытаний стала возможность формирования основных принципов дальнейшего развития электромоторов:

• Во-первых, стало ясно, что расширение сферы их применения напрямую зависит от удешевления способов получения электрической энергии – требовался надежный и недорогой генератор, а не дорогостоящие на тот момент гальванические батареи.
• Во-вторых, требовалось создать достаточно компактные двигатели, которые бы, однако, обладали большим коэффициентом полезного действия.
• И в третьих – были очевидны преимущества двигателей с вращающимися неоднополюсными якорями, с постоянным вращающимся моментом.

Работа шунтового генератора

Затем наступает третий этап развития электромоторов, который ознаменован открытием явления самовозбуждения двигателя электрического тока, после чего был сформирован принцип обратимости таких машин, то есть двигатель может быть генератором, и наоборот. Теперь для того чтобы запитать двигатель начали применять недорогие генераторы тока, что в принципе делается и сегодня.

Интересно знать! Любая электрическая сеть подключена к электростанции, вырабатывающей ток. Сама станция, по сути, и есть набор мощнейших генераторов, приводимых в движение разными способами: течение реки, энергия ветра, ядерные реакции и прочее. Исключение составляют, разве что, фотоэлементы в солнечных батареях, но это уже другая, дорогая, пока не нашедшая достаточного распространения история.

Вид современной конструкции электродвигатель приобрел в далеком 1886 году, после чего в него вносились только доработки и усовершенствования.

Основные принципы функционирования

Двигатели постоянного тока и принцип действия: вспоминаем школьные уроки физики

В основу любого электрического двигателя положен принцип магнитного притягивания и отталкивания. В качестве эксперимента можете провести такой простейший опыт.

• Внутрь магнитного поля нужно поместить проводник, по которому нужно пропустить электрический ток.
• Для этого удобнее всего пользоваться магнитом в форме подковы, а в качестве проводника подойдет медная проволока подключенная концами к батарейке.
• В результате опыта вы увидите, что проволоку вытолкнет из области действия постоянного магнита. Почему это происходит?
• Дело в том, что при прохождении тока через проводник, вокруг последнего создается электромагнитное поле, которое вступает во взаимодействие с уже имеющимся, от постоянного магнита. Как результат этого взаимодействия, мы видим механическое движение проводника.
• Если говорить более подробно, то выглядит это так. Когда круговое поле проводника вступает во взаимодействие с постоянным от магнита, то сила магнитного поля с одной стороны возрастает, а с другой уменьшается, из-за чего провод выталкивает из области действия магнита под углом 90 градусов.

Занимательная физика

• Направление, в котором вытолкнет проводник можно установить по правилу левой руки, которое применимо только к электродвигателям. Правило гласит следующее – левую руку нужно поместить в магнитное поле так, чтобы его силовые линии входили в нее с ладони, а 4 пальца были направлены по ходу движения положительных зарядов, тогда отведенный в сторону большой палец покажет направление воздействующей на проводник движущей силы.

Эти простые принципы двигателя постоянного тока применяется и поныне. Однако в современных агрегатах вместо постоянных магнитов применяют электрические, а рамки заменяют сложные системы обмоток.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Определение, конструкция, принцип работы и типы

Вращательное движение широко используется в ряде машин, таких как фены, блендеры, вентиляторы, игрушки, машинки для стрижки волос и так далее. Электрическое устройство, используемое для создания вращательного движения во всех вышеперечисленных машинах, называется двигателем. Эти устройства преобразуют электрическую энергию в механическую путем умного применения магнитного эффекта электрического тока. Двигатели бывают двух типов: двигатель постоянного тока (DC) или двигатель переменного тока (AC).

В этой статье мы подробно рассмотрим двигатели постоянного тока, принцип работы двигателя постоянного тока, правило левой руки Флеминга, конструкцию двигателя постоянного тока, его работу, типы, характеристики и области применения.

Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Используя двигатель постоянного тока , полную форму , устройство использует постоянный ток (DC) для своей работы. Вращающийся компонент, называемый катушкой якоря , находится внутри корпуса двигателя, окруженного сильными постоянными магнитами. Когда ток подается на якорь через поворотный электрический переключатель, называемый коммутатор , магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует с магнитным полем неподвижного магнита, создавая крутящий момент на якоре, заставляя его вращаться.

Конструкция двигателя постоянного тока

Конструкция двигателя постоянного тока основана на том же принципе, что и рассмотренный выше пример простого двигателя. Однако в больших двигателях постоянного тока для создания магнитного поля статора вместо постоянных магнитов используется катушка возбуждения. В этом разделе мы обсудим различные компоненты типового двигателя постоянного тока.

На схеме двигателя постоянного тока показаны наиболее важные компоненты устройства. Он состоит из якоря (вращающейся части), ярма, обмоток возбуждения, угольных щеток и коллектора.

Статор

Статор является неподвижным компонентом двигателя постоянного тока. Его основная функция — служить прочной внешней рамой устройства и генерировать магнитное поле. Различные компоненты статора описаны ниже.

Вилка

Вилка представляет собой внешнее покрытие, которое обеспечивает структурную прочность двигателя, выступая в качестве рамы. Обычно он изготавливается из любого магнитного материала с низким магнитным сопротивлением, такого как катаная сталь, кремнистая сталь или чугун.

Полюса и полюсный башмак

Полюс крепится к ярму корпуса двигателя с помощью полюсного башмака на другом конце. Полюса, обычно изготовленные из многослойного кованого железа или тонкой литой стали, создают магнитное поле при возбуждении катушкой возбуждения. Полюсный башмак находится всего в крошечном воздушном зазоре от арматуры. Он выполнен таким образом, чтобы максимизировать магнитный поток, проходящий на якорь.

Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения представляет собой медный провод, намотанный на полюс с целью создания магнитного поля при прохождении через него постоянного тока. В зависимости от типа двигателя обмотка возбуждения может быть подключена последовательно или параллельно якорю.

Сердечник якоря

Сердечник якоря представляет собой материал, напоминающий барабан, который крепится шпонкой к валу двигателя. Он имеет большое количество пазов для удержания обмотки якоря по его периферии. Сердечник обычно изготавливается из материала с высокой проницаемостью и низким магнитным сопротивлением, такого как кремнистая сталь. Он также имеет отверстия для циркуляции воздуха и охлаждения, а также ламинированную конструкцию для минимизации потерь тока.

Обмотка якоря

Обмотки якоря имеют решающее значение для создания магнитного потока ротора. Здесь происходит преобразование электрической энергии в механическую. В зависимости от рабочего напряжения и тока двигателя обмотка классифицируется как волновая и круговая.

Коллектор

Коллектор монтируется на валу двигателя и соединяется с обмотками якоря. Он сделан из сегментов твердотянутой меди, изолированных друг от друга слюдой. Его функция заключается в преобразовании крутящего момента, который чередуется, в однонаправленный крутящий момент на якоре.

Угольные щетки

Угольные щетки представляют собой точки контакта, которые касаются коллектора. Они удерживаются на месте пружинами и проводят электричество к катушкам якоря.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Перед тем, как углубиться в работу двигателя постоянного тока, необходимо понять основное физическое явление и влияние магнитного поля на проводник с током.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле

Мы знаем, что электрический ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле. Когда такой проводник находится вблизи неподвижного магнита, к проводнику прикладывается сила. Простое действие, показанное на диаграмме ниже, демонстрирует принцип работы двигателя постоянного тока.

Экспериментальная установка показывает проводящий стержень AB, подвешенный горизонтально в магнитном поле сильного подковообразного магнита. Магнит расположен так, что магнитное поле направлено вверх по отношению к стержню. Поэтому северный полюс магнита находится прямо под стержнем, а южный полюс — над ним. Концы проводника соединены с проводом, замыкающим цепь путем последовательного подключения к аккумулятору.

При подаче тока в направлении, как показано на рисунке, от B к A, стержень отклоняется влево. При изменении направления тока в цепи стержень отклоняется вправо. Эксперимент показывает, что не только на проводник с током действует сила вблизи магнитного поля, но и направление силы зависит от направления тока и направления магнитного поля. Чтобы определить направление силы, действующей на проводник, можно воспользоваться правилом левой руки Флеминга.

Правило левой руки Флеминга

Правило левой руки Флеминга позволяет легко определить направление силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле. Согласно правилу, когда большой, указательный и средний пальцы вытянуты взаимно перпендикулярно друг другу, указательный палец указывает направление магнитного поля, средний палец указывает направление электрического тока, а большой палец указывает направление движения проводника.

Установка двигателя постоянного тока

Чтобы понять принцип действия двигателя постоянного тока, рассмотрите схему, показанную на схеме ниже. В установке прямоугольная катушка ABCD, сделанная из медной проволоки, помещается между двумя сильными постоянными магнитами. Катушка расположена так, что плечи AB и CD перпендикулярны магнитному полю магнита. Концы катушки соприкасаются с двумя половинками P и Q разрезного кольца, прикрепленного к оси. Разрезное кольцо изолировано таким образом, что оно не имеет электрического контакта с осью.

Когда батарея подключена, как показано на схеме, ток входит в катушку через проводящую щетку X и вытекает из катушки через проводящую щетку Y. На своем пути ток течет от A к B и меняет направление при протекании от C к D. Как мы уже знаем, ток, протекающий через катушку, индуцирует магнитное поле. По правилу левой руки Флеминга на проводник AB действует сила, толкающая его вниз. Точно так же ток, протекающий через катушку CD, создает силу, которая действует вверх. Создаваемая таким образом пара сил заставляет катушку вращаться против часовой стрелки на оси.

Тот же цикл повторяется, когда точка Q на разъемном кольце соприкасается с проводящей щеткой X. Используемое здесь разъемное кольцо называется коммутатором. Он действует как переключатель, который меняет направление тока в двигателе постоянного тока. В практических двигателях постоянного тока коммутатор соединен с набором катушек, что увеличивает количество силовых «ударов», которые получает якорь, тем самым значительно увеличивая скорость и мощность двигателя.

Характеристики двигателя постоянного тока

Производительность двигателя постоянного тока можно определить с помощью некоторых его характеристик, таких как крутящий момент, скорость и эффективность. Знание этих параметров поможет при проектировании электрических машин, в которых двигатель является функциональным компонентом.

Обратная ЭДС

Прежде чем углубляться в другие характеристики двигателя постоянного тока, важно понять значимость противоЭДС. Мы видели из закона электромагнитной индукции Фарадея, что когда проводник помещается в переменное магнитное поле, он индуцирует ток в проводнике. Поэтому, как только двигатель начинает вращаться, якорь отсекает магнитное поле статора и динамически индуцирует ЭДС. Это называется встречной ЭДС или обратной ЭДС. Направление этой наведенной ЭДС определяется законом Ленца, и ее природа такова, что она противодействует току якоря.

Математически противоЭДС Eb определяется как:

N — скорость якоря в об/мин

Z — общее количество проводников в якоре

P — количество полюсов в двигателе

A — количество параллельных путей через якорь

Крутящий момент

Крутящий момент — это крутящая сила, которую двигатель способен создать. Измеряется в ньютон-метрах (Нм).

Для двигателя постоянного тока крутящий момент, развиваемый в якоре, определяется по формуле:

\( T_a = 0,159 \frac{\Phi N Z P}{A} \frac {I_a}{N} \)

Где

равно якоря в Нм

— ток якоря

Φ — магнитный поток на полюс

N — скорость якоря в об/мин

Z — общее количество проводников в якоре

P — количество полюсов в якоре двигатель

А — количество параллельных путей через якорь

Важно отметить, что не весь крутящий момент, создаваемый на якоре, доступен на валу для выполнения работы. Это связано с тем, что часть крутящего момента теряется из-за потерь на трение. Крутящий момент, необходимый для совершения полезной работы, называется крутящим моментом на валу. Он определяется по формуле:

\( T_{sh} = 9,55 \frac {Выход \ мощность}{N} \)

Где,

\(T_{sh}\) — крутящий момент на валу в Нм

Выход мощность в ваттах

Скорость

Скорость — это скорость вращения якоря двигателя постоянного тока в оборотах в минуту. Это зависит от ряда факторов, таких как входное напряжение, ток возбуждения и сопротивление якоря.

Формула скорости двигателя постоянного тока определяется следующим образом:

\( N = K \frac {E_b}{\phi} \)

Где,

N — скорость в об/мин

K — константа пропорциональности, определяемая выражением \( \frac {60A}{ZP} \)

КПД

КПД – это отношение выходной мощности к входной мощности двигателя. Формула КПД двигателя постоянного тока определяется следующим образом:0002 Применение двигателя постоянного тока зависит от требований к электрооборудованию и характеристик двигателя постоянного тока. Here is a list of the fields where the motors discussed above are used:

DC series motor

• Cranes
• Lifts and elevators
• Winching systems
• Hair driers
• Power tools

DC shunt motor

• Приводы стеклоочистителей
• Дрели
• Конвейеры
• Fans
• Centrifugal pumps
• Blowers

Compound DC motor

• Conveyers
• Stamping machines
• Compressors
• Heavy planners
• Rolling mills
• Presses

Permanent magnet DC motors

• Toys
• Стартеры
• Дисковые приводы
• Кресла на колесах

Применение бесщеточных двигателей постоянного тока

• Вентиляторы охлаждения компьютеров
• Отопление и вентиляция
• Системы охлаждения в самолетах и ​​транспортных средствах
• Ручные электроинструменты

Надеемся, вам понравилось знакомство с двигателями постоянного тока из этой статьи. Вы также можете ознакомиться с другими разделами по физике. Чтобы узнать больше и получить доступ к решенным задачам, загрузите бесплатное приложение Testbook прямо сейчас!

Часто задаваемые вопросы о двигателе постоянного тока

В.1. Каковы основные части двигателя постоянного тока?

Ответ 1 Двумя основными компонентами двигателя постоянного тока являются статор и ротор. Компоненты статора включают ярмо, обмотку возбуждения, полюса и полюсный башмак, а также угольные щетки. Компоненты ротора включают сердечник якоря, обмотку якоря и коллектор.

Q.2 Что такое полюс в двигателе постоянного тока?

Отв.2 Полюса вместе с обмоткой возбуждения образуют электромагнит. Он крепится к внутренней стенке ярма. Полюса создают стационарное магнитное поле.

Q.3 Какая часть двигателя постоянного тока ламинирована?

Ответ 3 Сердечник якоря представляет собой ламинированную часть двигателя постоянного тока для уменьшения потерь на вихревые токи.

Q.4 Что такое противо-ЭДС в двигателе постоянного тока?

Ответ 4 Когда якорь двигателя постоянного тока начинает вращаться, он одновременно отсекает магнитный поток статора. Следовательно, по закону Ленца возникает ЭДС индукции в направлении, противоположном приложенному напряжению, называемому обратной ЭДС.

В.5 Зачем нужны пускатели в двигателе постоянного тока?

Ans.5 Пускатели обеспечивают высокое внешнее сопротивление для защиты двигателя от повреждений, вызванных высоким током и крутящим моментом при пуске.

Скачать публикацию в формате PDF

Подробнее от Testbook.com

93066693073.sails Acdistyl, структура, подготовка и использование93066663. 903.3073.s. Определение, химическая формула, структура, синтез, применение и использование

Полуволновый выпрямитель: работа, формула, применение и решаемые примеры
Трихлоракусная кислота: определение, химическая формула, структура, подготовка и использование
Порядок реакции: определение, формула, типы и методы определения
Скорость реакции: определение, формула, влияющие факторы и типы

Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока

Это активное изображение. Нажмите на полужирный шрифт для дальнейшей иллюстрации. Магнитные взаимодействия с зарядом	Индекс Концепции магнитного поля Применение магнитных сил
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица	Назад

Это активное изображение. Нажмите на полужирный шрифт для дальнейшей иллюстрации. Принципы работы двигателя постоянного тока

Алфавитный указатель Концепции магнитного поля Применение магнитных сил

Гиперфизика***** Электричество и магнетизм Назад Это активное изображение. Нажмите на полужирный шрифт для дальнейшей иллюстрации. Принципы работы двигателя постоянного тока Index Концепции магнитного поля Применение магнитных сил  69 Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица 9036 Назад Это активное изображение. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника