Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что лежит в основе работы двигателя постоянного тока

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока

Простые и надежные, коллекторные двигатели постоянного тока обеспечивают высокий момент на небольших скоростях и являются хорошей базой для создания приводов и готовых сервосистем с обратной связью.

Коллекторные двигатели постоянного тока — рабочие лошадки промышленности. Они простые, надежные, экономичные. Эти двигатели обеспечивают хорошую регулировку на малых оборотах и, что более важно, высокий крутящий момент на низких скоростях. В связи с этим, при добавлении закрытого контура обратной связи, они могут успешно использоваться при решении задач управления движением.

Давайте взглянем ближе на базовую теорию коллекторных двигателей постоянного тока. Для более удобного и легкого восприятия статья разбита на две части. В этой первой части рассмотрены базовые законы электродинамики, которые лежат в основе работы коллекторных двигателей постоянного тока.

Простая модель — принцип двигателя постоянного тока

Закон Ампера говорит нам о том, что проводник с током генерирует магнитное поле (B-поле), ориентацию которого можно определить по правилу правой руки: если расположить правую руку так, чтобы большой палец указывал вдоль проводника по направлению тока, и согнуть остальные пальцы, то они будут огибать проводник в направлении линий магнитной поля (см. рис.1).

Рис.1а. Магнитное поле проводника с током.

Если вместо одиночного витка проводника мы используем многовитковую катушку (соленоид), поля, генерируемые витками, складываются в более сильное, равномерно распределённое однородное магнитное поле. Линии этого поля ориентированы практически параллельно центральной оси соленоида. Таким образом работают электромагниты.

Рис. 1б. Магнитное поле соленоида.

В простейшем варианте, поворотные двигатели постоянного тока состоят из неподвижного элемента (статора) и вращающегося элемента (ротора — якоря двигателя постоянного тока). И хотя на практике существует множество вариаций, включая вращающийся статор и неподвижный якорь, для упрощения понимания в данной статье мы будем подразумевать цилиндрический внутренний ротор и внешний статор, генерирующий магнитное поле за счет постоянных магнитов. Мы рассмотрим электродвигатель, приводимый в движение за счет взаимного воздействия полей, генерируемых ротором и статором.

От теории к практике — как создать электродвигатель

Каким образом применить имеющиеся знания к созданию реального двигателя? Давайте начнем с простого примера — двухполюсного коллекторного двигателя постоянного тока. Такой мотор включает в себя ротор (якорь) и статор, сформированным двумя разнополюсными постоянными магнитами. Якорь состоит из свободно вращающейся перекладины (рамки), установленной на центральный стержень, который в свою очередь установлен на подшипниках, прикрепленных к корпусу двигателя. Вместо рассмотренного ранее одиночного витка возьмем проводник и обернем его вокруг якоря несколько раз, чтобы сформировать обмотку с обеих сторон, но в разных направлениях. В результате при подключении проводника к источнику питания две обмотки создадут электромагнитные поля с противоположными полярностями.

Магнит можно рассматривать как собрание дипольных моментов, направленных в одну сторону. Подобная модель применима как к постоянным магнитам, так и электромагнитам. Магнитное поле вызывает усилие, направленное по вектору дипольных моментов соленоида. Другими словами, когда мы помещаем якорь в магнитное поле, индуцированное магнитами статора, это поле создает усилие и генерирует момент, вызывающий вращение якоря относительно своей центральной оси.

Рис.2. Схематичное изображение двухполюсного двигателя постоянного тока.

Приведенная простая модель имеет некоторые проблемы. Хотя сила остается постоянной при условии неизменности силы тока и магнитного поля, момент меняется как функция угла поворота θ. Так как якорь двигателя стремится повернуться таким образом, чтобы выровнять полюса обмотки в соответствии с полюсами статора, значение угла θ и sin(θ) падает, в конечном счете приводя момент к нулю. С практической стороны это означает, что якорь останавливается, когда его полюса выравниваются с полюсами магнитов статора. Имея существеннную массу, якорь может проскользнуть положение идеального выравнивания полюсов, но в этом случае образуется отрицательный момент, который вызовет движение в обратную сторону. Возникнет колебание вокруг положения равновесия, и в конечном итоге остановка.

В любом случае, запомним, что направление силы, возникающей по действием магнитного поля, будет определяться направлением тока. Это означает, что реверсирование направления тока в проводнике вызовет реверс действия силы и позволит магнитному полю опять создать момент. Если мы сможем переключить направление тока в момент, когда виток достигнет перпендикулярного положения, то сразу после того, как он отклонится далее под действием силы инерции мимо перпендикулярного положения, поле статора заставит виток поворачиваться далее, генерируя крутящий момент (рис.2). Таков принцип работы двигателя постоянного тока.

Читать еще:  Что приводит в движение самолет с поршневым двигателем

Чтобы заставить работать подобную модель, мы должны найти способ изменять направление тока в проводнике. В случае двигателя постоянного тока мы можем осуществить такое преключение добавив в электрический контур коммутатор (преключатель, или коллекторный узел), который будет переключать направление тока. Такой коммутатор состоит из разомкнутого кольца, закрепленного на оси якоря таким образом, чтобы оно двигалось вместе с осью якоря и соединялось с обмотками двигателя (рис.3). Чтобы подключить коммутатор к источнику питания используются щетки. Фактически эти элементы не являются щетками, это пластины из проводящего материала (в большинстве случаев графитовые, но иногда используются также и золотые или серебряные). Эти пластины закрепляются напротив коммутатора с помощью плоских пружин. При повороте якоря двигателя направление тока изменяется на противоположное через каждые 180°, позволяя двигателю продолжать вращение.

Рис.3. Коллектор двигателя постоянного тока

Во второй части статьи «Коллекторные двигатели постоянного тока — реализация моделей» рассмотрены варианты моделей двигателей — их преимущества и недостатки в зависимости от конструктивных исполнений. В частности, рассмотрены отличия двухполюсного и трехполюсного коллекторных двигателей.

Электродвигатели постоянного тока YALU: принцип работы и широкие возможности применения

Среди изготовителей электродвигателей постоянного тока (ДПТ) особое место занимает компания YALU, одна из лидеров в своей сфере. ДПТ — незаменимая запасная часть для электрического транспорта и промышленных приводов, требующих точной регулировки частоты вращения. Сегодня на рынке представлен широкий выбор ДПТ с разнообразными характеристиками, позволяющими подобрать агрегат вне зависимости от поставленных задач.

В чём плюсы электродвигателей YALU

Основная функция электродвигателей постоянного тока — преобразование электрической энергии постоянного тока в механическое непрерывное угловое вращение. В отличие от двигателей переменного тока они обладают возможностью регулировки частоты оборотов в большом диапазоне.

В основе работы ДПТ лежит явление электромагнитной индукции, когда на проводник в магнитном поле действует сила Ампера, вызывающая возникновение крутящего момента, который определяется током, проходящим через обмотки двигателя. Этот момент и используют в практических целях для вращения насосов, вентиляторов, колёс, компрессоров и пр.

Основными деталями ДПТ выступают статор (неподвижная часть) и ротор (вращающаяся часть). Скорость вращения определяется приложенным напряжением постоянного тока. Она может варьироваться от нескольких до тысячи оборотов в минуту. Это расширяет возможности применения ДПТ, которые можно использовать в робототехнике, электронике, автомобилестроении.

Набор для «электрификации» велотранспорта

Электродвигатели YALU обладают всеми преимуществами, которые свойственны ДПТ.

К плюсам агрегатов относятся:

  • компактные размеры, особенно у двигателей на постоянных магнитах;
  • быстрый запуск за счёт большой величины пускового момента;
  • простая эксплуатация, связанная с практически линейными регулировочными и механическими характеристиками;
  • плавная регулировка скорости вращения вала;
  • возможность применения не только в качестве двигателя, но и как генератора тока.

Важной характеристикой ДПТ выступает мощность, от которой зависит КПД агрегата. Для слабых двигателей КПД составляет около 40 %, а для более мощных (1 МВт) может достигать 96 %.

Сферы применения электродвигателей постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока — наиболее часто используемые приводы для создания непрерывного движения с регулируемой скоростью вращения. Они могут приводить в движение транспортные средства: от игрушечных автомобилей-аттракционов с аккумулятором 12 В до электричек и троллейбусов, где точность регулировки оборотов наглядно демонстрируется плавным разгоном техники. Агрегаты на постоянных магнитах имеют особенно большую плотность мощности, поэтому часто используются в оборонительной отрасли.

Электрический транспорт — одна из самых распространённых сфер применения ДПТ. На них основана работа:

  • метро,
  • трамваев,
  • троллейбусов,
  • электровозов,
  • пригородных электрических дорог.

Другую сферу применения ДПТ составляют подъёмные механизмы, включая электрические подъёмные краны. Ввиду отсутствия жёстких ограничений по размерам электродвигатели часто остаются незамеченными. Их используют в автомобилестроении: на грузовом транспорте устанавливаются агрегаты с рабочим напряжением от 24 В, а на легковом — 12 В. Здесь ДПТ работают от генератора или АКБ и отвечают за разные функции:

Читать еще:  Что может быть с двигателем при разрушении катализатора

  • поднятие-опускание стёкол;
  • поддержание в салоне заданной температуры;
  • позиционирование сидений;
  • управление зеркалами и пр.

Использование электродвигателя на постоянном токе для автоматизированной очистки стёкол

Для применения ДПТ в качестве генератора тока необходимо поменять полярность питания постоянного тока, подаваемого на соединения агрегата. Т. е., нужно изменить направление тока в якоре или обмотке возбуждения. В результате вал будет вращаться в противоположном направлении. Самым простым и недорогим способом управления вращением вала остаются переключатели.

При использовании ДПТ учитывается одна из важнейших характеристик — способ подключения обмотки возбуждения:

  • независимый,
  • параллельный,
  • последовательный,
  • смешанный.

В ДПТ с последовательной схемой возбуждения при необходимости можно уменьшить скорость вращения в 2 раза. За это отвечает переменный резистор, который при необходимости включают в цепь возбуждающей обмотки реостата. В двигателях с параллельной схемой для уменьшения оборотов в 2 раз тоже применяют реостат, а для повышения в 4 раза подключают сопротивление.

В двигателях с параллельной схемой для уменьшения оборотов в 2 раз тоже применяют реостат, а для повышения в 4 раза подключают сопротивление

Широкие возможности с электродвигателями постоянного тока

Ввиду разнообразия ассортимента сегодня возможны стабильные поставки электродвигателей постоянного тока YALU для самодвижущейся техники, электротранспорта и других видов техники и промышленного оборудования. В зависимости от задач можно подобрать один мотор или все комплектующие, необходимые для проекта.

Среди ДПТ представлены агрегаты, рассчитанные на напряжение от 12 до 48 В и силу тока до 39 А. Если вам необходима консультация по поводу выбора, обратитесь к представителям «ВКС» через онлайн-форму или свяжитесь по телефону.

Электродвигатель постоянного тока: схема подключения, принцип работы

Электродвигатели постоянного тока действуют на основе использования принципа магнитной индукции и применяются на производстве в тех случаях, когда необходимо обеспечить регулировку скорости вращения в различных диапазонах, но с высокой точностью. На сегодняшний день существует множество вариантов исполнения электродвигателей постоянного тока. В зависимости от необходимой мощности их работа может обеспечиваться как за счет постоянных магнитов, так и за счет электромагнитов.

  1. Схема подключения электродвигателя постоянного тока
  2. Устройство электродвигателя постоянного тока
  3. Принцип действия электродвигателя постоянного тока
  4. Электродвигатель постоянного тока 12 Вольт
  5. Электродвигатель постоянного тока П -11 С1 У4 работа
  6. Двигатель постоянного тока (часть 1)
  7. Электродвигатели постоянного тока

Схема подключения электродвигателя постоянного тока

Если попробовать отобразить устройство электродвигателя постоянного тока схематически, то у нас получится изображение с двумя цилиндрами, помещенными один в другой. Больший из цилиндров является полым и неподвижным и называется статор или же станина. Внутри станины помещается якорь – меньший из цилиндров, являющийся подвижным. При этом между цилиндрами внутри, в обязательном порядке, должно быть воздушное пространство и они не должны вплотную соприкасаться. Это необходимо, поскольку именно в воздушном зазоре формируется магнитное поле.

Устройство электродвигателя постоянного тока

Любой электродвигатель состоит из двух основных частей станины (статора) и якоря. На внутренней поверхности статора располагаются полюсы, которые изготавливаются из тонких листов электротехнической стали, изолируются друг от друга при помощи лака и заканчиваются расширениями – наконечниками. Эти наконечники предназначены для равномерного распределения магнитной индукции в воздушном зазоре. Уже непосредственно на самих полюсах располагаются несколько обмоток возбуждения. При этом некоторые из обмоток изготавливаются с большим количеством витков тонкого провода, в то время как конструкция других предполагает малое число витков толстого провода.

Якорь представляет собой зубчатый цилиндр, который устанавливается на валу внутри статора и состоит из пакетов тонких листов электротехнической стали изолированных друг от друга. Стоит отметить, что между каждым отдельным пакетом находятся специальные каналы, предназначенные для вентиляции. В то же время отдельные пазы якоря соединяются между собой проводниками, выполненными из меди. Также необходимым условием при изготовлении якоря является наличие двухслойной обмотки.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

В основе принципа работы любого современного электродвигателя постоянного тока лежит принцип магнитной индукции, а также «Правило левой руки». В том случае, если по верхней части обмотки якоря пропустить ток в одном направлении, а по нижней в другом, то он начнет вращаться. Это обусловлено тем, что по правилу левой руки, проводники, которые уложены непосредственно в пазах якоря, будут выталкиваться из магнитного поля, которое создается станиной.

Читать еще:  Ваз 2109 датчик температуры двигателя влияет на температуру

Таким образом, верхняя часть будет выталкиваться влево, а нижняя – вправо, что приведет к вращению самого якоря, поскольку вся энергия от проводников будет передаваться и ему. Однако, в тот момент, когда проводники провернутся и части якоря поменяются местами расположения, его вращение остановится. Чтобы этого не случилось, в электродвигателе применяется коллектор, предназначенный для коммутирования обмотки якоря.

Электродвигатель постоянного тока 12 Вольт

На сегодняшний день этот тип электродвигателей является одним из самых популярных. Это обусловлено тем, что именно двигатели с таким напряжением устанавливаются на большинство автомобилей и не только на них, но и на множество другой техники, которая применяется для решения самых разнообразных задач.

Электродвигатель постоянного тока П -11 С1 У4 работа

Двигатель постоянного тока (часть 1)

Электродвигатели постоянного тока

Тест. Двигатели постоянного тока

Список вопросов теста

Вопрос 1

Что называется электрической машиной?

Варианты ответов
  • Устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации производства.
  • Электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования одной системы переменного тока в другую.
  • Электромеханический преобразователь, в котором преобразуется механическая энергия в электрическую и наоборот.
Вопрос 2

Дайте определение электродвигателя

Варианты ответов
  • Машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.
  • Электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования одной системы переменного тока в другую.
  • Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.
Вопрос 3

Какие законы лежит в основе работы электрических машин?

Варианты ответов
  • Законы Ома
  • Закон Джоуля – Ленца
  • Законы электромагнитной индукции и электромагнитных сил.
Вопрос 4

Двигатель с последовательным возбуждением это …?

Варианты ответов
  • Двигатель, в котором в которой обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря.
  • Двигатель, в котором в которой обмотка возбуждения подключена параллельно с обмоткой якоря.
Вопрос 5

Какой способ изменения направления вращения якоря (реверс) электродвигателя постоянного тока применяется?

Варианты ответов
  • Изменение направления токов якоря и возбуждения
  • Изменение направления тока якоря или тока возбуждения
  • Меняют местами две фазы.
Вопрос 6

Как изменить направление вращения якоря двигателя постоянного тока:

Варианты ответов
  • Поменять полярность питания либо на обмотке возбуждения, либо на обмотке якоря.
  • Поменять полярность питания па входе в двигатель.
  • никак, двигатели бывают либо правого, либо левого вращения
Вопрос 7

При полюсном регулировании частоты вращения якоря двигателя постоянного тока:

Варианты ответов
  • изменяют количество полюсов на статоре машины;
  • меняют местами северный и южный полюса на статоре машины
  • меняют интенсивность магнитного потока на полюсах статора машины
  • меняют интенсивность магнитного потока на якоре машины.
Вопрос 8

Каково назначение реостата в цепи обмотки возбуждения двигателя постоянного тока?

Варианты ответов
  • Ограничить пусковой ток.
  • Регулировать напряжение на зажимах.
  • Увеличивать пусковой момент.
  • Регулировать скорость вращения (частоту вращения).
Вопрос 9

Что будет с частотой вращения двигателя постоянного тока при увеличении магнитного потока возбуждения (полюсное регулирование)?

Варианты ответов
  • Увеличится
  • Уменьшится
  • Не изменится
  • Увеличится, затем уменьшится
  • Уменьшится, затем увеличится
Вопрос 10

Для двигателей постоянного тока малой мощности применяют

Варианты ответов
  • Прямой пуск
  • Реостатный пуск с сопротивлением в цепи якоря
  • Реостатный пуск с сопротивлением в цепи возбуждения
  • Без сопротивления в цепи якоря и в цепи возбуждения
Вопрос 11

Для двигателей постоянного тока большой мощности применяют

Варианты ответов
  • Прямой пуск
  • Реостатный пуск с сопротивлением в цепи якоря
  • Реостатный пуск с сопротивлением в цепи возбуждения
  • Без сопротивления в цепи якоря и в цепи возбуждения
Вопрос 12

Пусковой ток двигателя постоянного тока превышает номинальный ток из — за:

Варианты ответов
  • Отсутствия противоЭДС в момент пуска.
  • Малого сопротивления обмотки якоря.
  • Большого сопротивления обмотки возбуждения.
  • Малого сопротивления обмотки возбуждения
Вопрос 13

Для чего нужен пусковой реостат в цепи обмотки якоря двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением?

Варианты ответов
  • уменьшения потока возбуждения.
  • увеличения частоты вращения
  • уменьшения пускового тока (тока якоря)
  • для увеличения потока возбуждения;
Вопрос 14

Универсальные коллекторные двигатели – это

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector