Для двигателей с параллельной схемой возбуждения реостаты также используются в цепи якоря для снижения скорости в два раза. Если к обмотке возбуждения подключить резистор, скорость может быть увеличена в 4 раза.
Принцип работы электродвигателя
Принцип работы электродвигателя основан на явлении, открытом Майклом Фарадеем в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может происходить непрерывное вращение.
Принцип работы двигателя постоянного тока
Если рамку поместить перпендикулярно однородному магнитному полю и пропустить через нее ток, то вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. Один будет отталкивать рамку, а другой — притягивать ее. Это приведет к повороту рамки в горизонтальное положение, при котором воздействие магнитного поля на проводник будет равно нулю. Для продолжения вращения необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в соответствующий момент времени. На схеме выше это сделано с помощью двух полуколец, к которым подключены контактные пластины батареи. В результате после завершения половины оборота полярность меняется на противоположную, и вращение продолжается.
В современных двигателях для создания магнитного поля вместо постоянных магнитов используются индукционные катушки или электромагниты. Если вы разберете любой двигатель, то увидите катушки проводов, покрытые изоляционным лаком. Эти катушки представляют собой электромагнит или, как их еще называют, обмотку возбуждения.
Простыми словами о сложном
На самом деле существует векторное произведение, дифференциал и т.д., но это детали, а у нас упрощенный случай.したがって….
Рис. 1 Основная функция электродвигателя
Направление силы в амперах определяется по правилу левой руки.
Рис. 2 Правило левой руки
Положим левую руку на рисунок выше и получим направление силы Ампера. Каким-то образом он растягивает рамку с током до положения, показанного на рис. 1. При этом ничего никуда не вращается, рамка находится в равновесии, она устойчива.
Если текущий кадр вращается иначе, это произойдет:
Рис. 3 Рама
Здесь уже нет равновесия, сила Ампера поворачивает противоположные стенки так, что рама начинает вращаться. Это основа электрического двигателя. Это основа электродвигателя, суть, а дальше идут только детали.
Что теперь будет делать рамка с током на рисунке 3? Если система идеальна, без трения, то, очевидно, колебания будут. Если есть трение, колебания постепенно отступят, рамка с током стабилизируется и станет такой, как на рисунке 1.
Вращающийся ток не является коммутативным, но нам нужен постоянный ток, и он может быть достигнут двумя принципиально разными способами его генерации, отсюда и разница между трехфазным двигателем постоянного тока и трехфазным двигателем переменного тока.
Принцип работы двигателя постоянного тока
Метод 1: изменение направления тока в рамке.
Этот метод используется в двигателях постоянного тока и их потомках.
Рассмотрите фотографии. Предположим, что наш двигатель выключен, и текущий кадр ориентирован несколько хаотично вот так:
Рис. 4.1 Случайно ориентированная рамка
На произвольно ориентированную рамку действует сила Ампера, и она начинает вращаться.
Рисунок 4.2
В процессе движения рама образует угол 90°. Крутящий момент (момент пары сил или вращающий момент) максимален.
Рисунок 4.3
Затем рама достигает положения, в котором отсутствует крутящий момент. И если ток не остановить сейчас, то сила Ампера уже будет тормозить рамку, и в конце полуоборота рамка остановится и начнет вращаться в обратном направлении. Но мы этого не хотим.
Поэтому сделайте умный ход на рисунке 3 — измените направление тока в рамке.
Рисунок 4.4.
После пересечения этой позиции контекст изменения направления течения не тормозит, а снова ускоряется.
Рисунок 4.5.
Когда кадр приближается к следующему балансу, ток снова меняется.
Рисунок 4.6.
Затем кадр снова продолжает ускоряться к тому месту, куда мы хотим попасть.
Таким образом, достигается устойчивое вращение. Хорошо; есть. Нам нужно только дважды за оборот изменить направление тока и все.
Это делает его специальным агрегатом (агрегат щеточного коллектора). Это означает, что текущее изменение гарантировано. Основной принцип заключается в следующем
Рисунок 5.
Картина проясняется сама собой. Рамка трется об один контакт, а затем о другой, так что происходит изменение тока.
Важной особенностью щеточных коллекторов является их низкий срок службы. Из-за трения. Например, минимальный срок службы двигателя DPR-52-H1 составляет 1000 часов. В то же время, срок годности современных двигателей без трансмиссий превышает 100 000 часов, а у двигателей переменного тока (без щеточных коллекторов) — 400 000 часов.
Электрические двигатели, рассчитанные на большую мощность, имеют множество функциональных преимуществ перед своими «более легкими» аналогами. Например, силовые щетки вращаются под определенным углом к валу, чтобы противодействовать торможению вала, известному как «реакция усиления».
Физические начала ДПТ
Влияние магнитного поля на инжектированный проводник, по которому течет ток, лежит в основе ТКТ. При пропускании электрического тока через проводник образуется магнитное поле, линии которого имеют форму концентрических циклов с центральным проводником. Чтобы найти направление этих линий, необходимо применить правило водителя. В соответствии с этим, если ток в проводнике направлен на уровень фигуры, магнитные линии направлены в сторону индикатора часов. Если она течет от уровня к нам, то направление линии сохраняется.
Теперь представьте магнит в форме банта. Он изображен на приведенной ниже диаграмме. Оно образует магнитное поле, и между северным и южным полюсом его линии выстраиваются в параллельные прямые. Затем они покидают северный полюс и направляются к южному полюсу.
Представьте себе, что происходит, когда электрический проводник попадает в магнитное поле постоянного дугового магнита. Η εικόνα θα έχει ως εξής: στη μία πλευρά η κατεύθυνση των κυκλικών γραμμών μαγνητικού πεδίου αυτού του αγωγού έρχεται σε αντίθεση με τις γραμμές πεδίου του Согласно дополнительным правилам μαγνήτη. векторов, результирующее поле слабее. Στην αντίθετη πλευρά, η κατεύθυνση των κυκλικών γραμών πεδίου θα συμπίπτει με την κατεύθυνση των γραμών πεδίου του μόνιμου μαγνήτη. таким образом, полученное поле формируют сильное поле в этой позиции. Λόγω της διαφορετικής φύσης του μαγνητικού πεδίου, ο αγωγός εισέρχεται από την ισχυρότερη περιοχή στην ασθενέστερη περιοχή.
Μπορείτε να τοποθετήστε τον αγωγό μεταξύ των πόλων του μόνιμου μαγνήτη με διάφορους τρόπους. Μπορείτε να κάνετε τον βόρειο πόλο τον κορυφαίο πόλο και μπορείτε να κάνετε τον νότιο πόλο τον κορυφαίο πόλο. Το ρεύμα στον αγωγό μπορεί να ρέει μακριά από εμάς σε μια εμπειρία και προς εμάς σε άλλες. Αυτά τα μικρά πράγματα καθορίζουν προς ποια κατεύθυνση το μαγνητικό πεδίο ωθεί τον αγωγό προς τα έξω. Και για τον ακριβή προσδιορισμό του, χρησιμοποιείται ο κανόνας. του αριστερού χεριού για τους ηλεκτρικούς κινητήρες. Η ιδέα είναι ότι αν τοποθετήσετε το αριστερό σας χέρι έτσι ώστε οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου ενός μόνιμου μαγνήτη να καταλήγουν στην παλάμη σας, με τα τέσσερα δάχτυλα να δείχνουν προς την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό, ένα τράβηγμα 90 μοιρών στον αντίχειρά σας θα δείξει πού θα σπρώξει τον αγωγό.
Для справки! Сила, которая заставляет проводник двигаться в поле, называется силой Ампера. Численно он эквивалентен произведению тока в проводе и его длины, а также вектору магнитной индукции поля, в котором находится провод. Формула такова: F=IBL .
Модель ДПТ
Из теоретических основ следует, что для электродвигателя обязательно наличие постоянного магнитного поля. Для этой цели в маломощных ДКТ используются постоянные магниты. Для агрегатов средней и высокой мощности потребовались бы очень громоздкие магниты, поэтому их заменяют обмоткой возбуждения, иногда катушкой. Ток проходит через них и формирует магнитное поле.
Элементарная модель ТДЦ представляет собой однородное магнитное поле, внутри которого находится рамка. Через него проходит ток. Сначала он вращается, а когда достигает «горизонтального» положения, останавливается. Это положение называется мертвой точкой. Рамка останавливается, потому что одна сторона проводит ток к одной стороне, а другая — к противоположной. Это означает, что они образуют взаимные поля. Они отменяют друг друга, и движение прекращается. Чтобы быть бесконечным, нужна еще одна рамка, соединенная с первой. Тогда всегда какая-то из двух рамок будет создавать неоднородность в поле, что заставит двигаться всю систему рамок.
Устройство и принцип действия ДПТ
Конструкция двигателя постоянного тока включает в себя:
- Якорь — подвижная часть двигателя, его ротор. Визуально это пластина или вал с пазами, в которые помещается проводник,
- Статор — это статическая часть, которая действует как подковообразный магнит. Статор может иметь более двух полюсов, но мы проиллюстрируем работу двухполюсного электродвигателя (рисунок ниже),
- Коллектор — это переключатель, который соединяет обмотку якоря с цепью двигателя. Он необходим для изменения направления тока в проводе.
Теперь о том, как работает двигатель постоянного тока:
- Верхний проводник якоря проводит электрический ток в плоскость, показанную на рисунке,
- Нижний проводник якоря отводит электрический ток от рисунка,
- Верхние провода движутся вправо по правилу левой руки под действием силы Ампера,
- Нижние провода по тому же правилу направлены влево. Но поскольку провода помещены в пазы вала, который соединяет все обмотки в единую систему, весь якорь приводится в движение,
- Когда обмотка, в которой электрический ток движется к плоскости цепи, достигнет нижнего положения, она будет толкать якорь влево по правилу левой руки. Следовательно, движение вала будет приостановлено,
- Двигатели предназначены для длительной работы, поэтому торможение якоря не допускается. Для этого в момент пересечения мертвой точки направление протекания электрического тока должно быть обратным. Для этого используется коллектор.
注意！ Коллектор только меняет направление тока в рамке, роль которой играет обмотка якоря. Во внешней цепи ток остается неизменным.
Для создания мощных тяговых двигателей и повышения стабильности скорости используется якорь с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.
Основные параметры электродвигателя постоянного тока
Направление индуцированной ЭДС всегда противоположно направлению тока в проводнике. Наведенная ЭЭД может стабильно меняться, это зависит в основном от движения проводников в магнитном поле.
Сложение суммарного ADR для каждой катушки дает суммарный ADR. Это относится к внешним кабелям двигателя. Однако основным параметром этого типа электродвигателя является его постоянная. Он определяет способность двигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую.
Константа не зависит от подключения обмоток к электродвигателю только в случае использования проводниковых материалов.
Разновидности двигателей постоянного тока
Давайте рассмотрим различные типы двигателей постоянного тока.
- Коллекторы с постоянным магнитом. Катушки этого двигателя содержат постоянные магниты, которые являются магнитным полем статора.
- Без коллектора (без щеток). Единственное отличие заключается в отсутствии щеток, которые необходимо заменять при износе из-за дуги выключателя.
- Серводвигатель постоянного тока. Это движение, которое может переместить ось в нужное положение.
Управление здесь связано с печатной платой, двигателем постоянного тока и потенциометром (энкодером). Редуктор преобразует электричество в механическое воздействие. В результате скорость, с которой вращается выходной вал, снижается до необходимого значения.
Способы возбуждения электродвигателей постоянного тока
В электродвигателях этого типа используются специальные обмотки, называемые «обмотками возбуждения». Они приводят в действие сам двигатель.
Независимое возбуждение.
При таком типе подключения обмотки наматываются непосредственно на источник питания, и характеристики двигателей этого типа аналогичны характеристикам двигателей с постоянными магнитами.
Параллельная стимуляция
Обмотка возбуждения и ротор подключены параллельно к одному источнику питания. При таком расположении ток возбуждения меньше тока ротора. Стимулирование серии. Обмотки соединены последовательно с ребрами жесткости. Частота вращения двигателя зависит от нагрузки.
Смешанное поле.
В этой конструкции используются две обмотки возбуждения, расположенные попарно на каждом полюсе двигателя. Обмотки могут быть соединены двумя способами: аддитивным или субтрактивным.
