DC-motorer

Likströmselektriska motorer används i dessa elektriska frekvensomriktare där ett stort utbud av varvtalsreglering, hög noggrannhet för att bibehålla frekvensomriktarens rotationshastighet och varvtalsreglering över märkhastigheten krävs.

Hur fungerar DC-motorer?

Driften av en DC elmotor är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion… Det är känt från grunderna inom elektroteknik att en strömförande ledare placeras magnetiskt fält, den kraft som bestäms av vänsterregeln verkar:

F = BIL,

där I är strömmen som flyter genom tråden, V är induktionen av magnetfältet; L är längden på tråden.

När tråden korsar maskinens magnetfältslinjer inåt induceras den elektromotorisk kraft, som i förhållande till strömmen i ledaren är riktad mot den, därför kallas den motsatt eller motsatt (contra-d. d. s). Den elektriska kraften i motorn omvandlas till mekanisk kraft och går delvis åt till att värma tråden.

Strukturellt sett består alla DC-elektriska motorer av en induktor och ett ankare åtskilda av ett luftgap.

Induktor elektrisk motor likström tjänar till att skapa ett stationärt magnetfält i maskinen och består av en ram, huvud- och ytterligare poler. Ramen används för att fixera huvud- och hjälppolerna och är ett element i maskinens magnetiska krets. Spännande spolar är placerade på huvudpolerna utformade för att skapa ett magnetfält i maskinen, på ytterligare poler - en speciell spole för att förbättra kommuteringsförhållandena.

Ankare elektrisk motor likström består av det magnetiska systemet monterat från individuella ark, arbetsspolen placerad i spåren, och samlare tjänar till att närma sig arbetsspolens konstanta ström.

En samlare är en cylinder spetsad på motoraxeln och vald från isolerade vän av vän på kopparplåtar. Samlaren har spännade utsprång, till vilka ändarna av sektionerna är lödda spolarmaturer. Uppsamling av ström från kollektorn görs med borstar som ger glidkontakt med kollektorn. Borstar fixerade i borsthållare som håller dem i ett visst läge och ger det nödvändiga borsttrycket på ytan av uppsamlaren. Borstar och borsthållare är fixerade på traversen, anslutna till kroppens elmotor.

Kommutering i DC elmotorer

När en elektrisk motor är igång passerar DC-borstarna som glider på ytan av den roterande kollektorn successivt från en kollektorplatta till en annan. I detta fall växlas de parallella sektionerna av ankarlindningen och strömmen i dem ändras. Strömändringen sker medan spolvarvet kortsluts av borsten. Denna omkopplingsprocess och relaterade fenomen kallas kommutering.

Vid omkopplingsögonblicket induceras e i den kortslutna delen av spolen under påverkan av dess eget magnetfält. etc. v. självinduktion. Det resulterande e. etc. c. orsakar ytterligare ström i kortslutningen, vilket skapar en ojämn fördelning av strömtätheten på kontaktytan på borstarna. Denna omständighet anses vara huvudorsaken till att uppsamlaren bågar under borsten. Kvaliteten på kommuteringen bedöms av graden av gnistbildning under borstens bakkant och bestäms av graden av gnistbildning.

Metoder för excitation elektriska motorer likström

Upphetsad av elektriska maskiner förstår jag skapandet av ett magnetiskt fält i dem, nödvändigt för driften av en elektrisk motor... Kretsar för excitationselektriska motorer likström som visas i figuren.

Kretsar för magnetisering av DC-motorer: a — oberoende, b — parallell, c — serie, d — blandad

Enligt excitationsmetoden är DC-elektriska motorer indelade i fyra grupper:

1. Oberoende exciterad där NOV-exciteringsspolen matas av en extern DC-källa.

2. Med parallell magnetisering (shunt), där magnetiseringslindningen SHOV är parallellkopplad med ankarlindningens matningskälla.

3. Med seriemagnetisering (serie), där IDS-excitationslindningen är seriekopplad med ankarlindningen.

4. Mixed-excitation (kombinerade) motorer som har serie IDS och parallell SHOV av excitationslindningen.

Typer av DC-motorer

Likströmsmotorer skiljer sig huvudsakligen åt vad gäller magnetiseringens natur. Motorer kan vara av oberoende, serie och blandad excitation.Parallellt kan spänningen försummas. Även om fältlindningen är ansluten till samma nätverk från vilket ankarkretsen matas, så beror inte heller i detta fall excitationsströmmen på ankarströmmen, eftersom försörjningsnätet kan betraktas som ett nätverk med oändlig effekt, och spänningen den är permanent.

Fältlindningen är alltid ansluten direkt till nätet och därför har införandet av ytterligare motstånd i ankarkretsen ingen effekt på exciteringsläget. Det specifika att det finns med parallell excitation i generatorerna, det kan inte vara här.

Lågeffekt DC-motorer använder ofta permanent magnet excitation. Samtidigt förenklas kretsen för att slå på motorn avsevärt, kopparförbrukningen minskar. Det bör dock noteras att även om fältlindningen är avstängd, är dimensionerna och vikten av det magnetiska systemet inte lägre än vid elektromagnetisk excitation av maskinen.

Motorernas egenskaper bestäms till stor del av deras system. spänning.

Ju större motorstorleken är, desto större är det naturliga vridmomentet och därmed effekten. Därför kan du med ett högre varvtal och samma dimensioner få mer motorkraft. I detta avseende är som regel DC-motorer utformade, särskilt med låg effekt vid hög hastighet - 1000-6000 rpm.

Du bör dock komma ihåg att rotationshastigheten för produktionsmaskinernas arbetskroppar är betydligt lägre. Därför måste en växellåda installeras mellan motorn och arbetsmaskinen.Ju högre motorvarvtal desto mer komplex och dyrare blir växellådan. I högeffektsinstallationer, där växellådan är en dyr enhet, är motorerna konstruerade med betydligt lägre varvtal.

Man bör också komma ihåg att en mekanisk växellåda alltid introducerar ett betydande fel. Därför är det i precisionsinstallationer önskvärt att använda låghastighetsmotorer, som kan kopplas till arbetskroppar direkt eller genom den enklaste transmissionen. I detta sammanhang uppträdde de så kallade motorerna med högt vridmoment vid låga varvtal. Dessa motorer används ofta i metallskärmaskiner, där de är ledade med deplacementkroppar utan några mellanliggande anslutningar med hjälp av kulskruvar.

Elmotorer skiljer sig också i design när tecken relaterade till villkoren för deras drift. För normala förhållanden används så kallade öppna och skyddade motorer, luftkylda rum där de är installerade.

Luft blåses genom maskinens kanaler med hjälp av en fläkt placerad på motoraxeln. Slutna motorer kylda av en extern flänsyta eller en extern luftström används i aggressiva miljöer. Slutligen finns speciella motorer med explosiv atmosfär tillgängliga.

Specifika krav för utformningen av motorn presenteras när det är nödvändigt för att säkerställa hög prestanda - ett snabbt flöde av accelerations- och retardationsprocesser. I det här fallet måste motorn ha en speciell geometri - en liten diameter på ankaret med sin långa längd.

För att minska lindningens induktans läggs den inte i kanalerna och på ytan av en slät armatur.Spolen är fixerad med lim som epoxiharts. Med låg spolinduktans är det viktigt att kommuteringsförhållandena för kollektorn förbättras, det finns inget behov av ytterligare poler, en kollektor med mindre dimensioner kan användas. Det senare minskar ytterligare tröghetsmomentet för motorankaret.

Ännu större möjligheter för att reducera mekanisk tröghet ger användningen av ett ihåligt ankare, som är en cylinder av isolerande material. På ytan av denna cylinder finns en lindning gjord genom tryckning, stämpling eller genom att rita på en mall på en speciell maskin. Spolen är fixerad med självhäftande material.

Inuti en roterande cylinder för att skapa banor är en stålkärna nödvändig för passagen av det magnetiska flödet. I motorer med släta och ihåliga armaturer, på grund av en ökning av gapen i den magnetiska kretsen på grund av införandet av lindningar och isoleringsmaterial i dem, ökar den erforderliga magnetiseringskraften för att leda det erforderliga magnetiska flödet avsevärt. Följaktligen visar sig det magnetiska systemet vara mer utvecklat.

Motorer med låg tröghet inkluderar även skivankarmotorer. Skivor på vilka lindningarna appliceras eller limmas, gjorda av ett tunt isoleringsmaterial som inte deformeras, till exempel glas. Ett magnetsystem i den bipolära versionen består av två klämmor, varav en rymmer excitationsspolarna. På grund av armaturlindningens låga induktans har maskinen som regel ingen kollektor, och strömmen avlägsnas med borstar direkt från lindningen.

Det bör också nämnas om linjärmotorn, som inte ger roterande rörelse och translationell.Den representerar motorn, det magnetiska systemet på vilket den är placerad och polerna är monterade på ankarets rörelselinje och motsvarande arbetskropp på maskinen. Ankaret är vanligtvis utformat som ett ankare med låg tröghet. Storleken och kostnaden för motorn är stor, eftersom ett betydande antal stolpar krävs för att ge rörelse längs en given vägsektion.

Starta DC-motorer

I det första ögonblicket för start av motorn är ankaret stationärt och motsatt. etc. c. ispänningen i ankaret är lika med noll, därför är Ip = U / Rya.

Armaturkretsens motstånd är litet, så startströmmen överstiger 10 - 20 gånger eller mer nominellt. Detta kan orsaka betydande elektrodynamiska ansträngningar i ankarlindningen och dess överhettning, på grund av vilken motorn börjar användas startreostater — Aktiva motstånd som ingår i ankarkretsen.

Motorer upp till 1 kW kan startas direkt.

Resistansvärdet för startreostaten väljs i enlighet med motorns tillåtna startström. Reostaten är gjord i etapper för att förbättra smidigheten vid start av elmotorn.

I början av starten matas hela resistansen för reostaten in. När ankarhastigheten ökar finns det en mot-e. d. s, vilket begränsar inkopplingsströmmarna. Genom att steg för steg avlägsna reostatens motstånd från ankarkretsen, ökar spänningen som tillförs ankaret.

Hastighetskontroll elmotor likström

DC motorhastighet:

där U är matningsspänningen; Iya — armaturström; Ri är kretsens ankarmotstånd; kc — koefficient som kännetecknar det magnetiska systemet. F är det magnetiska flödet för elmotorn.

Från formeln kan man se att rotationshastigheten för elmotorns likström kan justeras på tre sätt: genom att ändra elmotorns excitationsflöde, ändra spänningen som tillförs elmotorn och ändra motståndet i ankarkretsar .

De två första styrmetoderna har fått den mest utbredda användningen, den tredje metoden används sällan: den är oekonomisk och motorhastigheten beror avsevärt på lastfluktuationer. De resulterande mekaniska egenskaperna visas i fig.

Mekaniska egenskaper hos en DC-motor med olika varvtalsregleringsmetoder

Den fetstilta linjen är hastighetens naturliga beroende av axelns vridmoment, eller, vad som är detsamma, av ankarströmmen. Den raka linjen med naturliga mekaniska egenskaper avviker något från den horisontella streckade linjen. Denna avvikelse kallas instabilitet, icke-stelhet, ibland statism. En grupp icke-parallella räta linjer I motsvarar hastighetsreglering genom excitation, parallella räta linjer II erhålls som ett resultat av ändring av ankarspänningen, slutligen är fläkt III resultatet av införande av aktivt motstånd i ankarkretsen.

Storleken på en likströmsmotors exciteringsström kan styras med hjälp av en reostat eller någon anordning vars resistans kan varieras i storlek, såsom en transistor. När motståndet i kretsen ökar minskar fältströmmen, motorhastigheten ökar.Vid När det magnetiska flödet försvagas är de mekaniska egenskaperna över de naturliga (dvs över egenskaperna i frånvaro av en reostat). En ökning av motorvarvtalet leder till en ökning av gnistor under borstarna. Dessutom, när elmotorn arbetar med försvagat flöde, minskar stabiliteten i dess drift, särskilt med variabel axelbelastning. Därför överstiger hastighetskontrollgränserna på detta sätt inte 1,25 — 1,3 gånger den nominella.

Spänningsreglering kräver en konstant strömkälla såsom en generator eller omvandlare. Liknande reglering används i alla industriella elektriska drivsystem: generator - likströmsdrift (G - DPT), elektrisk maskinförstärkare - DC-motor (EMU - DPT), magnetisk förstärkare - DC-motor (MU - DPT), tyristoromvandlare — DC-motor (T — DPT).

Stoppa elmotorer likström

Tre metoder för bromsning används i elektriska drivningar med DC-elektriska motorer: dynamisk, regenerativ och oppositionell bromsning.

Dynamisk bromsning DC-motor görs genom att kortsluta motorns ankarlindning eller genom motstånd… där en likströmsmotor börjar arbeta som en generator och omvandlar lagrad mekanisk energi till elektrisk energi. Denna energi frigörs som värme i motståndet mot vilket ankarlindningen är stängd. Dynamisk bromsning säkerställer exakt motorbromsning.

Regenerativ bromsning DC-motorn utförs när den är ansluten till elmotorn, roteras av drivmekanismen med en hastighet som överstiger det ideala tomgångsvarvtalet. Sedan d.etc.s som induceras i motorlindningen kommer att överstiga nätspänningsvärdet, strömmen i motorlindningen kommer att vända riktningen. En elmotor går igång i generatorläge och ger energi till nätverket. Samtidigt uppstår ett bromsmoment på dess axel. Ett sådant läge kan erhållas i drivmekanismerna för lyftmekanismer vid sänkning av lasten, såväl som vid reglering av motorns hastighet och under bromsprocesser i elektriska drivningar med likström.

Regenerativ bromsning av en DC-motor är den mest ekonomiska metoden, eftersom elektriciteten i detta fall återförs till nätet. I den elektriska drivningen av skärmaskiner används denna metod för hastighetsreglering i G — DPT och EMU — DPT-systemen.

Stoppa den oppositionella DC-motorn görs genom att ändra polariteten på spänningen och strömmen i ankarlindningen. När ankarströmmen samverkar med magnetfältet i excitationsspolen skapas ett bromsmoment som minskar när elmotorns rotationshastighet minskar. När hastigheten på en elmotor minskar till noll måste elmotorn kopplas bort från nätverket, annars kommer den att börja rotera i motsatt riktning.