Stejnosměrný motor: zařízení a princip činnosti, konstrukce a řízení, použití dpt

Zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou, lze použít jako motor resp generátor, protože konstrukce a princip činnosti stejnosměrného motoru (stejnosměrného motoru) je podobný návrhu generátor. Funkce DCT je mechanický invertor (spínač). Tento komutátor má kluzné kontakty v podobě kartáčků, které jsou umístěny tak, že při otáčení mění polaritu vinutí kotvy (cívek).

Funkce a zařízení DPT

DPT je točivý elektrický stroj napájený stejnosměrným proudem. Podle směru toku výkonu se rozlišuje motor (elektromotor s elektrickým a mechanická energie) a generátor (elektrický generátor, kterému je dodávána mechanická energie, a elektřina). DPT lze spustit pod zátěží, jejich rychlost se snadno mění. V režimu generátoru DCT převádí střídavé napětídodávané rotorem do pulzujícího konstantního napětí.

Historie vynálezu

Na základě vývoje prvních elektrochemických článků v první polovině 19. století byly stejnosměrné stroje prvními elektromechanickými měniči energie. Původní podoba elektromotoru byla vyvinuta v roce 1829 a v roce 1832 sestrojil Francouz Hippolyte Piksii první generátor. Antonio Pacinotti sestrojil v roce 1860 stejnosměrný elektromotor s vícesložkovým komutátorem. Friedrich von Hefner-Alteneck vyvinul v roce 1872 bubnovou armaturu, která otevřela možnost průmyslového využití v oblasti strojírenství ve velkém měřítku.

V následujících desetiletích ztratily takové stroje význam ve velkém strojírenství v důsledku rozvoje třífázového střídavého proudu. Synchronní stroje a nízkoúdržbové systémy indukčních motorů je nahradily v mnoha zařízeních.

Konstrukce motoru

Abyste pochopili princip fungování DPT, musíte si nejprve prostudovat jeho konstrukční prvky, jeden z nich což znamená, že v magnetickém poli permanentního magnetu je instalována rotující vodivá obvod.

Zjednodušením této struktury můžeme říci, že motor se skládá ze dvou hlavních součástí:

1. Hlavní magnet (permanentní magnet), který je připevněn ke statoru. Magnetické pole může být také generováno elektricky. Na statoru jsou tzv. budicí vinutí (cívky).
2. Vodivá smyčka (výztuž) na jádru kotvy, obvykle složená z laminovaných plechů.

Obě provedení se nazývají externě buzené stejnosměrné motory. Elektrodynamický zákon udává, že vodivá smyčka vodiče v magnetickém poli je síla [F], která závisí na proudu [I] a síle magnetického pole [B]. Vodivý vodič je obklopen kruhovým magnetickým polem. Pokud spojíte magnetické pole magnetického pole s magnetickým polem vodivé smyčky, můžete najít superpozici obou polí a také výsledný silový efekt.

Vinutí kotvy se skládá ze dvou polovin cívky. Pokud přivedete stejnosměrné napětí na dva konce vinutí kotvy, můžete si představit, že pohyblivé nosiče náboje vstupují do spodní poloviny cívky z horní poloviny cívky.

Každá vodivá cívka vyvíjí své vlastní magnetické pole a magnetické pole permanentního magnetu je superponováno na magnetické pole spodní poloviny cívky a pole horní poloviny cívky. Siločáry konstantního magnetického pole jsou vždy ve stejném směru, ukazují vždy od severního k jižnímu pólu. Naproti tomu pole dvou polovin cívky mají opačné směry.

Na levé straně polovičního pole cívky jsou siločáry pole budiče a pole cívky ve stejném směru. Tento silový efekt vytváří točivý moment v opačném směru na spodním a horním konci kotvy, což způsobuje otáčení kotvy.

Kotva je tzv. I-paprsková kotva. Tento design dostal svůj název podle svého tvaru, který připomíná dva T-kusy. Cívky kotvy jsou připojeny k deskám komutátoru (kolektoru). Proud ve vinutí kotvy je obvykle přiváděn přes uhlíkové kartáče, které zajišťují kluzný kontakt s rotujícím komutátorem a napájejí cívky elektřinou. Kartáče jsou vyrobeny ze samomazného grafitu, částečně smíchaného s měděným práškem pro malé motory.

Princip činnosti a použití

Toto zařízení je elektrický stroj, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Princip činnosti stejnosměrného motoru spočívá v tom, že kdykoli je vodič přenášený proudem umístěn do magnetického pole, působí na něj mechanická síla.

Permanentní magnet přeměňuje elektrickou energii na mechanickou prostřednictvím interakce dvou magnetických polí. Jedno pole vytváří sestava s permanentními magnety, druhé elektrický proud protékající ve vinutí motoru. Tato dvě pole mají za následek točivý moment, který má tendenci otáčet rotorem. Jak se rotor otáčí, proud ve vinutí se přepíná, což zajišťuje nepřetržitý výstup točivého momentu.

Spínač se skládá z vodivých měděných segmentů (tyček), které jsou zakončením jednotlivých cívek drátu rozmístěných kolem výztuže. Druhá polovina mechanického spínače je vybavena kartáčky. Tyto kartáče obvykle zůstávají nehybné s krytem motoru.

Při průchodu elektrické energie kartáči a kotvou vzniká torzní síla ve formě reakce mezi polem motoru a kotvou, která způsobuje otáčení kotvy motoru. Když se kotva otáčí, kartáče se přepínají na sousední pásy na komutátoru. Tato akce přenáší elektrickou energii do sousedního vinutí a kotvy.

Pohybu magnetického pole je dosaženo přepínáním proudu mezi cívkami uvnitř motoru. Tato akce se nazývá přepínání. Mnoho motorů má vestavěnou komutaci. To znamená, že když se motor otáčí, mechanické kartáče automaticky přepínají cívky na rotoru.

Nastavení rychlosti

DPT lze snadno upravit. Rychlost lze měnit pomocí následujících proměnných:

1. Napětí kotvy U_A (regulace napětí).
2. Tok hlavního pole (řízení pole), síla magnetického pole.
3. Kotevní odpor.

Nejjednodušší způsob řízení rychlosti otáčení je řízení napětí měniče. Čím vyšší napětí, tím vyšší rychlost se motor snaží dosáhnout. V mnoha aplikacích může jednoduchá regulace napětí vést k velkým ztrátám výkonu v řídicím obvodu, proto se široce používá pulzně šířková modulace.

V základní metodě PWM se provozní výkon zapíná a vypíná za účelem modulace proudu. Poměr doby zapnutí k době vypnutí určuje otáčky motoru.

Externě buzený motor se snadno ovládá, protože proudy vinutí kotvy a statoru lze ovládat samostatně. Proto měly takové motory určitou hodnotu, zejména v oblasti vysoce dynamických systémů pohonu, například pro pohon strojů s přesným řízením otáček a točivého momentu.

Moderní aplikace

DPT se používají v různých oblastech.

Je základním prvkem v různých produktech:

1. hračky;
2. servomechanická zařízení;
3. pohony ventilů;
4. roboty;
5. automobilová elektronika.

Vysoce kvalitní předměty každodenní potřeby (kuchyňské spotřebiče) využívají servomotor známý jako univerzální motor. Tyto univerzální motory jsou typické stejnosměrné motory, ve kterých jsou stacionární a rotující cívky sériové vodiče.