motoare de curent continuu

Motoarele electrice cu curent continuu sunt utilizate în aceste acționări electrice în care sunt necesare o gamă largă de control al vitezei, precizie ridicată a menținerii vitezei de rotație a unității și controlul vitezei peste viteza nominală.

Cum funcționează motoarele de curent continuu?

Funcționarea unui motor electric de curent continuu se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice… Din elementele de bază ale ingineriei electrice se știe că este plasat un conductor care poartă curent camp magnetic, forta determinata de regula stanga actioneaza:

F = BIL,

unde I este curentul care curge prin fir, V este inducția câmpului magnetic; L este lungimea firului.

Când firul traversează liniile câmpului magnetic al mașinii spre interior, acesta este indus forta electromotoare, care, în raport cu curentul din conductor, este îndreptat împotriva lui, de aceea se numește opus sau opus (contra-d. d. s). Puterea electrică din motor este convertită în putere mecanică și este parțial consumată încălzirea firului.

Din punct de vedere structural, toate motoarele electrice de curent continuu constau dintr-un inductor și o armătură separate printr-un spațiu de aer.

Curentul continuu al motorului electric inductor servește la crearea unui câmp magnetic staționar al mașinii și constă dintr-un cadru, poli principal și suplimentar. Cadrul este folosit pentru fixarea polilor principal și auxiliar și este un element al circuitului magnetic al mașinii. Bobinele incitante sunt amplasate pe polii principali proiectați pentru a crea un câmp magnetic al mașinii, pe poli suplimentari - o bobină specială pentru a îmbunătăți condițiile de comutare.

Curentul continuu al motorului electric de ancorare constă din sistemul magnetic asamblat din foi individuale, bobina de lucru plasată în caneluri și colector servește la apropierea curentului constant al bobinei de lucru.

Un colector este un cilindru pus în țeapă pe arborele motorului și selectat din izolat prieten cu prieten pe plăci de cupru. Colectorul are proeminențe de armare, la care capetele secțiunilor sunt armături de bobine lipite. Colectarea curentului de la colector se face folosind perii care asigură contact de alunecare cu colectorul. Perii fixate în suporturi pentru perii care le țin într-o anumită poziție și asigură presiunea necesară periei pe suprafața colectorului. Periile și suporturile pentru perii sunt fixate pe traversă, conectate la motorul electric al corpului.

Comutația în motoarele electrice de curent continuu

Când un motor electric este în funcțiune, periile de curent continuu care alunecă pe suprafața colectorului rotativ trec succesiv de la o placă de colectare la alta. În acest caz, secțiunile paralele ale înfășurării armăturii sunt comutate și curentul din ele se modifică. Modificarea curentului are loc în timp ce rotirea bobinei este scurtcircuitată de perie. Acest proces de comutare și fenomenele asociate se numesc comutație.

În momentul comutării, e este indus în secțiunea scurtcircuitată a bobinei sub influența propriului câmp magnetic. etc. v. autoinducere. Rezultatul e. etc. c. determină curent suplimentar în scurtcircuit, ceea ce creează o distribuție neuniformă a densității curentului pe suprafața de contact a periilor. Această împrejurare este considerată a fi principalul motiv pentru arcul colector sub perie. Calitatea comutației este apreciată după gradul de scânteie sub muchia de fugă a periei și este determinată de scara gradului de scânteie.

Metode de excitare a motoarelor electrice curent continuu

Emoționat de mașinile electrice, înțeleg crearea unui câmp magnetic în ele, necesar funcționării unui motor electric... Circuite pentru motoare electrice de excitație curent continuu prezentate în figură.

Circuite pentru excitarea motoarelor de curent continuu: a — independent, b — paralel, c — serie, d — mixt

Conform metodei de excitare, motoarele electrice cu curent continuu sunt împărțite în patru grupe:

1. Excitat independent unde bobina de excitație NOV este alimentată de o sursă externă de curent continuu.

2. Cu excitație paralelă (shunt), în care înfășurarea de excitație SHOV este conectată în paralel cu sursa de alimentare a înfășurării armăturii.

3. Cu excitație în serie (serie), unde înfășurarea de excitație IDS este conectată în serie cu înfășurarea armăturii.

4. Motoare cu excitație mixtă (combinată) care au IDS în serie și SHOV paralel al înfășurării de excitație.

Tipuri de motoare DC

Motoarele cu curent continuu diferă în primul rând prin natura excitației. Motoarele pot fi de excitație independentă, în serie și mixtă.În paralel, entuziasmul poate fi neglijat. Chiar dacă înfășurarea de câmp este conectată la aceeași rețea din care este alimentat circuitul armăturii, atunci și în acest caz curentul de excitație nu depinde de curentul armăturii, deoarece rețeaua de alimentare poate fi considerată o rețea de putere infinită și tensiunea este permanenta.

Înfășurarea câmpului este întotdeauna conectată direct la rețea și, prin urmare, introducerea unei rezistențe suplimentare în circuitul armăturii nu are niciun efect asupra modului de excitare. Specificul că există cu excitaţie paralelă în generatoare, nu poate fi aici.

Motoarele de curent continuu de putere mică folosesc adesea excitație cu magnet permanent. În același timp, circuitul de pornire a motorului este simplificat semnificativ, consumul de cupru este redus. Trebuie remarcat, totuși, că, deși înfășurarea câmpului este dezactivată, dimensiunile și greutatea sistemului magnetic nu sunt mai mici decât la excitarea electromagnetică a mașinii.

Proprietățile motoarelor sunt în mare măsură determinate de sistemul lor. entuziasm.

Cu cât motorul este mai mare, cu atât este mai mare cuplul natural și, în consecință, puterea. Prin urmare, cu o viteză de rotație mai mare și aceleași dimensiuni, puteți obține mai multă putere a motorului. În acest sens, de regulă, motoarele de curent continuu sunt proiectate, în special cu putere redusă la viteză mare - 1000-6000 rpm.

Cu toate acestea, ar trebui să rețineți că viteza de rotație a corpurilor de lucru ale mașinilor de producție este semnificativ mai mică. Prin urmare, trebuie instalată o cutie de viteze între motor și mașina de lucru.Cu cât turația motorului este mai mare, cu atât cutia de viteze devine mai complexă și mai scumpă. În instalațiile de mare putere, unde cutia de viteze este o unitate scumpă, motoarele sunt proiectate la turații semnificativ mai mici.

De asemenea, trebuie avut în vedere că o cutie de viteze mecanică introduce întotdeauna o eroare semnificativă. Prin urmare, în instalațiile de precizie, este de dorit să se utilizeze motoare de viteză mică, care ar putea fi conectate la corpurile de lucru direct sau prin cea mai simplă transmisie. În acest sens, au apărut așa-numitele motoare cu cuplu mare la viteze mici de rotație. Aceste motoare sunt utilizate pe scară largă în mașinile de tăiat metal, unde sunt articulate cu corpuri de deplasare fără conexiuni intermediare folosind șuruburi cu bile.

Motoarele electrice diferă și în design atunci când semnele legate de condițiile de funcționare a acestora. În condiții normale se folosesc așa-numitele motoare deschise și protejate, încăperi răcite cu aer în care sunt instalate.

Aerul este suflat prin conductele mașinii prin intermediul unui ventilator plasat pe arborele motorului. Motoarele închise răcite de o suprafață exterioară cu aripioare sau un flux de aer extern sunt utilizate în medii agresive. În cele din urmă, sunt disponibile motoare speciale cu atmosferă explozivă.

Cerințele specifice pentru proiectarea motorului sunt prezentate atunci când este necesar să se asigure o performanță ridicată - un flux rapid de procese de accelerare și decelerare. În acest caz, motorul trebuie să aibă o geometrie specială - un diametru mic al armăturii cu lungimea sa lungă.

Pentru a reduce inductanța înfășurării, aceasta nu este așezată în canale și pe suprafața unei armături netede.Bobina este fixată cu adezivi precum rășină epoxidică. Cu inductanță scăzută a bobinei este esențial ca condițiile de comutație ale colectorului să fie îmbunătățite, nu este nevoie de poli suplimentari, putând fi folosit un colector de dimensiuni mai mici. Acesta din urmă reduce și mai mult momentul de inerție al armăturii motorului.

Posibilități și mai mari de reducere a inerției mecanice asigură utilizarea unei armături goale, care este un cilindru din material izolator. Pe suprafața acestui cilindru este amplasată o înfășurare realizată prin imprimare, ștanțare sau prin desen pe un șablon pe o mașină specială. Bobina este fixată cu materiale adezive.

În interiorul unui cilindru rotativ pentru a crea trasee, un miez de oțel este necesar pentru trecerea fluxului magnetic. La motoarele cu armături netede și goale, datorită creșterii golurilor din circuitul magnetic datorită introducerii în ele de înfășurări și materiale izolatoare, forța de magnetizare necesară pentru a conduce fluxul magnetic necesar crește semnificativ. În consecință, sistemul magnetic se dovedește a fi mai dezvoltat.

Motoarele cu inerție redusă includ și motoare cu armătură disc. Discuri pe care se aplica sau se lipesc infasurarile, realizate dintr-un material izolator subtire care nu se deformeaza, de exemplu sticla. Un sistem magnetic în versiunea bipolară este format din două cleme, dintre care una găzduiește bobinele de excitație. Datorită inductanței scăzute a înfășurării armăturii, mașina, de regulă, nu are un colector, iar curentul este îndepărtat cu perii direct din înfășurare.

Trebuie menționat și despre motorul liniar, care nu asigură mișcare de rotație și translație.Reprezintă motorul, sistemul magnetic pe care se află și polii sunt montați pe linia de mișcare a armăturii și a corpului de muncitor corespunzător al mașinii. Ancora este de obicei proiectată ca o ancoră cu inerție redusă. Dimensiunea și costul motorului este mare, deoarece este necesar un număr semnificativ de stâlpi pentru a asigura mișcarea de-a lungul unei anumite secțiuni de drum.

Pornirea motoarelor de curent continuu

În momentul inițial al pornirii motorului, armătura este staționară și opusă. etc. c. itensiunea din armătură este egală cu zero, deci Ip = U / Rya.

Rezistența circuitului armăturii este mică, astfel încât curentul de pornire depășește de 10 - 20 de ori sau mai mult nominal. Acest lucru poate provoca semnificativ eforturi electrodinamice în înfășurarea armăturii și supraîncălzirea excesivă a acesteia, din cauza căreia motorul începe să fie utilizat pornirea reostatelor — rezistențe active incluse în circuitul armăturii.

Motoarele de până la 1 kW pot fi pornite direct.

Valoarea rezistenței reostatului de pornire este selectată în funcție de curentul de pornire permis al motorului. Reostatul este realizat în etape pentru a îmbunătăți netezimea pornirii motorului electric.

La începutul pornirii se introduce întreaga rezistență a reostatului. Pe măsură ce viteza de ancorare crește, există un contra-e. d. s, care limitează curenții de aprindere Îndepărtând treptat, treptat, rezistența reostatului din circuitul armăturii, tensiunea alimentată armăturii crește.

Controlul vitezei motor electric curent continuu

Viteza motorului DC:

unde U este tensiunea de alimentare; Iya — curent de armătură; Ri este rezistența armăturii circuitului; kc — coeficient de caracterizare a sistemului magnetic; F este fluxul magnetic al motorului electric.

Din formulă, se poate observa că viteza de rotație a curentului continuu al motorului electric poate fi ajustată în trei moduri: prin modificarea fluxului de excitație al motorului electric, prin modificarea tensiunii furnizate motorului electric și prin modificarea rezistenței în circuitele de armătură. .

Primele două metode de control au primit cea mai răspândită utilizare, a treia metodă este rar folosită: este neeconomică, iar viteza motorului depinde în mod semnificativ de fluctuațiile de sarcină. Proprietățile mecanice rezultate sunt prezentate în Fig.

Caracteristicile mecanice ale unui motor de curent continuu cu diferite metode de control al vitezei

Linia îndrăzneață este dependența naturală a vitezei de cuplul arborelui sau, ceea ce este același lucru, de curentul armăturii. Linia dreaptă cu caracteristici mecanice naturale se abate oarecum de la linia punctată orizontală. Această abatere se numește instabilitate, non-rigiditate, uneori etatism. Un grup de drepte neparalele I corespunde reglării vitezei prin excitație, drepte paralele II se obțin ca urmare a modificării tensiunii de armătură, în final ventilatorul III este rezultatul introducerii rezistenței active în circuitul armăturii.

Mărimea curentului de excitație al unui motor de curent continuu poate fi controlată folosind un reostat sau orice dispozitiv a cărui rezistență poate fi variată în mărime, cum ar fi un tranzistor. Pe măsură ce rezistența în circuit crește, curentul de câmp scade, viteza motorului crește.La Când fluxul magnetic slăbește, caracteristicile mecanice sunt peste cele naturale (adică peste caracteristicile în absența unui reostat). O creștere a turației motorului duce la o creștere a scânteilor sub perii. În plus, atunci când motorul electric funcționează cu flux slăbit, stabilitatea funcționării acestuia scade, în special cu sarcini variabile pe arbore. Prin urmare, limitele de control al vitezei în acest fel nu depășesc 1,25 — 1,3 ori valoarea nominală.

Reglarea tensiunii necesită o sursă de curent constant, cum ar fi un generator sau un convertor. Reglementări similare sunt utilizate în toate sistemele de acționare electrică industrială: generator - acționare în curent continuu (G - DPT), amplificator mașină electrică - motor DC (EMU - DPT), amplificator magnetic - motor DC (MU - DPT), convertor tiristor — Motor DC (T — DPT).

Opriți motoarele electrice în curent continuu

Trei metode de frânare sunt utilizate în acţionarea electrică cu motoare electrice de curent continuu: frânare dinamică, regenerativă şi opoziţională.

Frânarea dinamică a motorului DC se realizează prin scurtcircuitarea înfășurării armăturii motorului sau prin rezistor… În care un motor de curent continuu începe să funcționeze ca generator, transformând energia mecanică stocată în energie electrică. Această energie este eliberată sub formă de căldură în rezistența la care este închisă înfășurarea armăturii. Frânarea dinamică asigură o frânare precisă a motorului.

Frânarea regenerativă a motorului de curent continuu funcționează atunci când este conectat la rețeaua electrică. Apoi d.etc. induse în înfășurarea motorului vor depăși valoarea tensiunii de linie, curentul din înfășurarea motorului va inversa direcția. Un motor electric merge să funcționeze în modul generator, dând energie rețelei. În același timp, pe arborele acestuia are loc un moment de frânare. Un astfel de mod poate fi obținut în acționările mecanismelor de ridicare la coborârea sarcinii, precum și la reglarea vitezei motorului și în timpul proceselor de frânare în acționările electrice cu curent continuu.

Frânarea regenerativă a unui motor de curent continuu este cea mai economică metodă, deoarece în acest caz electricitatea este returnată în rețea. În acționarea electrică a mașinilor de tăiat metal, această metodă este utilizată pentru controlul vitezei în sistemele G — DPT și EMU — DPT.

Oprirea motorului DC de opoziție se face prin schimbarea polarității tensiunii și curentului din înfășurarea armăturii. Când curentul armăturii interacționează cu câmpul magnetic al bobinei de excitație, se creează un cuplu de frânare, care scade pe măsură ce viteza de rotație a motorului electric scade. Când viteza unui motor electric scade la zero, motorul electric trebuie deconectat de la rețea, altfel va începe să se rotească în sens opus.