Motore DC: dispositivo e principio di funzionamento, progettazione e controllo, applicazione di dpt

Un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia meccanica può essere utilizzato come motore o generatore, poiché il design e il principio di funzionamento del motore CC (motore CC) sono simili al design Generatore. Una caratteristica del DCT è un inverter meccanico (interruttore). Questo commutatore ha contatti striscianti sotto forma di spazzole, che si trovano in modo da cambiare la polarità degli avvolgimenti dell'indotto (bobine) durante la rotazione.

Caratteristiche e dispositivo DPT

DPT è una macchina elettrica rotante alimentata a corrente continua. A seconda della direzione del flusso di potenza, si distingue tra il motore (motore elettrico con motore elettrico e potenza meccanica) e un generatore (un generatore elettrico a cui viene fornita potenza meccanica, e elettricità). I DPT possono essere avviati sotto carico, la loro velocità è facile da cambiare. In modalità generatore

DCT converte la tensione CAfornita dal rotore in una tensione pulsante costante.

Storia dell'invenzione

Basandosi sullo sviluppo delle prime celle elettrochimiche nella prima metà del 19° secolo, le macchine DC furono i primi convertitori di energia elettromeccanici. La forma originale del motore elettrico fu sviluppata nel 1829 e nel 1832 il francese Hippolyte Piksii costruì il primo generatore. Antonio Pacinotti costruì nel 1860 un motore elettrico in corrente continua con collettore multicomponente. Friedrich von Hefner-Alteneck sviluppò l'armatura del tamburo nel 1872, che aprì la possibilità di un uso industriale nel campo dell'ingegneria meccanica su larga scala.

Nei decenni successivi, tali macchine persero la loro importanza nell'ingegneria meccanica su larga scala a causa dello sviluppo della corrente alternata trifase. Le macchine sincrone e i sistemi di motori a induzione a bassa manutenzione li hanno sostituiti in molti dispositivi.

Progettazione del motore

Per comprendere il principio di funzionamento del DPT, è necessario prima studiarne le caratteristiche progettuali, una delle che è che un conduttore rotante è installato nel campo magnetico di un magnete permanente circuito.

Semplificando questa struttura, possiamo dire che il motore è costituito da due componenti principali:

1. Il magnete principale (magnete permanente) che è attaccato allo statore. Il campo magnetico può anche essere generato elettricamente. Sullo statore ci sono i cosiddetti avvolgimenti eccitanti (bobine).
2. Anello conduttivo (rinforzo) sul nucleo dell'armatura, solitamente composto da lamiere laminate.

Entrambi i modelli sono chiamati motori CC ad eccitazione esterna. La legge elettrodinamica indica che l'anello conduttivo di un conduttore in un campo magnetico è una forza [F], che dipende dalla corrente [I] e dall'intensità del campo magnetico [B]. Un conduttore conduttivo è circondato da un campo magnetico circolare. Se combini il campo magnetico del campo magnetico con il campo magnetico dell'anello conduttivo, puoi trovare la sovrapposizione dei due campi, nonché l'effetto di forza risultante.

L'avvolgimento dell'indotto è costituito da due metà della bobina. Se applichi una tensione CC alle due estremità dell'avvolgimento dell'indotto, puoi immaginare che i portatori di carica in movimento entrino nella metà inferiore della bobina dalla metà superiore della bobina.

Ogni bobina conduttiva sviluppa il proprio campo magnetico e il campo magnetico del magnete permanente si sovrappone al campo magnetico della metà inferiore della bobina e al campo della metà superiore della bobina. Le linee di campo di un campo magnetico costante sono sempre nella stessa direzione, mostrano sempre dal polo nord al polo sud. Al contrario, i campi delle due metà della bobina hanno direzioni opposte.

Sul lato sinistro del semicampo della bobina, le linee di campo del campo dell'eccitatore e del campo della bobina sono nella stessa direzione. Questo effetto di forza crea una coppia nella direzione opposta alle estremità inferiore e superiore dell'armatura, che fa ruotare l'armatura.

L'ancoraggio è un cosiddetto ancoraggio a I-beam. Questo design prende il nome dalla sua forma, che ricorda due pezzi a T. Le bobine dell'indotto sono collegate alle schede del commutatore (collettore). La corrente nell'avvolgimento dell'indotto viene solitamente fornita tramite spazzole di carbone, che forniscono un contatto strisciante con il commutatore rotante e forniscono elettricità alle bobine. Le spazzole sono in grafite autolubrificante, parzialmente miscelata con polvere di rame per piccoli motori.

Principio di funzionamento e utilizzo

Questo dispositivo è una macchina elettrica che converte l'energia elettrica in energia meccanica. Il principio di funzionamento di un motore a corrente continua è che ogni volta che un conduttore portato da una corrente viene posto in un campo magnetico, subisce una forza meccanica.

Un magnete permanente converte l'energia elettrica in energia meccanica attraverso l'interazione di due campi magnetici. Un campo è creato da un assemblaggio con magneti permanenti, l'altro è creato da una corrente elettrica che scorre negli avvolgimenti del motore. Questi due campi determinano una coppia che tende a far ruotare il rotore. Quando il rotore gira, la corrente negli avvolgimenti viene commutata, fornendo un'uscita di coppia continua.

L'interruttore è costituito da segmenti di rame conduttivo (barre), che sono la terminazione di singole bobine di filo distribuite attorno al rinforzo. La seconda metà dell'interruttore meccanico è dotata di spazzole. Queste spazzole di solito rimangono ferme con l'alloggiamento del motore.

Quando l'energia elettrica passa attraverso le spazzole e l'armatura, si crea una forza torsionale sotto forma di reazione tra il campo del motore e l'armatura, che fa ruotare l'armatura del motore. Quando l'armatura gira, le spazzole passano alle strisce adiacenti sul commutatore. Questa azione trasferisce energia elettrica all'avvolgimento e all'armatura adiacenti.

Il movimento del campo magnetico si ottiene commutando la corrente tra le bobine all'interno del motore. Questa azione è chiamata commutazione. Molti motori hanno la commutazione incorporata. Ciò significa che quando il motore gira, le spazzole meccaniche commutano automaticamente le bobine sul rotore.

Impostazione della velocità

DPT può essere facilmente regolato. La velocità può essere modificata utilizzando le seguenti variabili:

1. Tensione di armatura U_A (controllo di tensione).
2. Flusso di campo principale (controllo di campo), intensità del campo magnetico.
3. Resistenza all'ancoraggio.

Il metodo più semplice per controllare la velocità di rotazione è controllare la tensione del convertitore. Maggiore è la tensione, maggiore è la velocità che il motore sta cercando di raggiungere. In molte applicazioni, la semplice regolazione della tensione può portare a grandi perdite di potenza nel circuito di controllo, pertanto la modulazione a larghezza di impulso è ampiamente utilizzata.

Nel metodo PWM di base, la potenza operativa viene attivata e disattivata per modulare la corrente. Il rapporto tra il tempo di accensione e il tempo di spegnimento determina la velocità del motore.

Un motore eccitato esternamente è facile da controllare perché le correnti attraverso gli avvolgimenti dell'indotto e dello statore possono essere controllate separatamente. Pertanto, tali motori avevano un certo valore, soprattutto nel campo dei sistemi di azionamento altamente dinamici, ad esempio per azionare macchine con controllo preciso della velocità e della coppia.

Applicazione moderna

I DPT sono utilizzati in vari campi.

È un elemento essenziale in vari prodotti:

1. giocattoli;
2. dispositivi servomeccanici;
3. azionamenti per valvole;
4. robot;
5. elettronica automobilistica.

Gli articoli di uso quotidiano di alta qualità (elettrodomestici da cucina) utilizzano un servomotore noto come motore universale. Questi motori universali sono tipici motori a corrente continua in cui le bobine fisse e rotanti sono fili seriali.