מנוע DC: התקן ועיקרון הפעולה, תכנון ובקרה, יישום dpt

מכשיר הממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית יכול לשמש כמנוע או גנרטור, שכן התכנון ועקרון הפעולה של מנוע DC (מנוע DC) דומים לתכנון גֵנֵרָטוֹר. תכונה של DCT היא מהפך מכני (מתג). לקומוטטור זה מגעים הזזה בצורת מברשות, הממוקמים כך שהם משנים את הקוטביות של פיתולי האבזור (סלילים) במהלך הסיבוב.

תכונות ומכשיר DPT

DPT היא מכונה חשמלית מסתובבת המופעלת על ידי זרם ישר. בהתאם לכיוון זרימת הכוח, מתבצעת הבחנה בין המנוע (מנוע חשמלי עם חשמלי ו כוח מכני) וגנרטור (גנרטור חשמלי שאליו מסופק כוח מכני, וכן חַשְׁמַל). ניתן להפעיל DPTs תחת עומס, מהירותם קלה לשינוי. במצב גנרטור DCT ממיר מתח ACמסופק על ידי הרוטור למתח קבוע פועם.

היסטוריה של המצאות

בהתבסס על התפתחות התאים האלקטרוכימיים הראשונים במחצית הראשונה של המאה ה-19, מכונות DC היו ממירי האנרגיה האלקטרו-מכאניים הראשונים. הצורה המקורית של המנוע החשמלי פותחה ב-1829, וב-1832 בנה הצרפתי Hippolyte Piksii את הגנרטור הראשון. אנטוניו פאצ'ינוטי בנה בשנת 1860 מנוע חשמלי DC עם קומוטטור מרובה רכיבים. פרידריך פון הפנר-אלטנק פיתח את אבזור התוף ב-1872, מה שפתח את האפשרות לשימוש תעשייתי בתחום הנדסת מכונות בקנה מידה גדול.

בעשורים הבאים, מכונות כאלה איבדו את חשיבותן בהנדסת מכונות בקנה מידה גדול עקב התפתחות זרם חילופין תלת פאזי. מכונות סינכרוניות ומערכות מנועי אינדוקציה בתחזוקה נמוכה החליפו אותן במכשירים רבים.

עיצוב מנוע

כדי להבין את עקרון הפעולה של ה-DPT, תחילה עליך ללמוד את תכונות העיצוב שלו, אחת מהן כלומר מוליך מסתובב מותקן בשדה המגנטי של מגנט קבוע מעגל חשמלי.

אם לפשט את המבנה הזה, אנחנו יכולים לומר את זה המנוע מורכב משני מרכיבים עיקריים:

1. המגנט הראשי (מגנט קבוע) שמחובר לסטטור. השדה המגנטי יכול להיווצר גם חשמלית. על הסטטור יש מה שנקרא פיתולים מרגשים (סלילים).
2. לולאה מוליכה (חיזוק) על ליבת האבזור, לרוב מורכבת מיריעות מתכת למינציה.

שני העיצובים נקראים מנועי DC נרגשים חיצונית. החוק האלקטרודינמי מציין שהלולאה המוליכה של מוליך בשדה מגנטי היא כוח [F], התלוי בזרם [I] ובעוצמת השדה המגנטי [B]. מוליך מוליך מוקף בשדה מגנטי מעגלי. אם משלבים את השדה המגנטי של השדה המגנטי עם השדה המגנטי של הלולאה המוליכה, ניתן למצוא את הסופרפוזיציה של שני השדות, כמו גם את אפקט הכוח שנוצר.

פיתול האבזור מורכב משני חצאי סליל. אם תפעיל מתח DC על שני הקצוות של פיתול האבזור, אתה יכול לדמיין שנשאי מטען נעים נכנסים לחצי התחתון של הסליל מהחצי העליון של הסליל.

כל סליל מוליך מפתח את השדה המגנטי שלו, והשדה המגנטי של המגנט הקבוע מונח על השדה המגנטי של החצי התחתון של הסליל והשדה של החצי העליון של הסליל. קווי השדה של שדה מגנטי קבוע נמצאים תמיד באותו כיוון, הם תמיד מראים מהקוטב הצפוני לדרום. לעומת זאת, לשדות של שני חצאי הסליל יש כיוונים מנוגדים.

בצד שמאל של חצי שדה הסליל, קווי השדה של שדה המעורר ושדה הסליל נמצאים באותו כיוון. אפקט הכוח הזה יוצר מומנט בכיוון ההפוך בקצה התחתון והעליון של האבזור, מה שגורם לאבזור להסתובב.

העוגן הוא מה שנקרא עוגן I-beam. עיצוב זה מקבל את שמו מצורתו, הדומה לשני חלקי T. סלילי האבזור מחוברים ללוחות הקומוטטור (אספן). הזרם בפיתול האבזור מסופק בדרך כלל באמצעות מברשות פחמן, המספקות מגע הזזה עם הקומוטטור המסתובב ומספקות חשמל לסלילים. המברשות עשויות גרפיט משמן עצמי, מעורבב חלקית עם אבקת נחושת למנועים קטנים.

עקרון הפעולה והשימוש

מכשיר זה הוא מכונה חשמלית הממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. עקרון הפעולה של מנוע DC הוא שבכל פעם שמוליך הנישא על ידי זרם ממוקם בשדה מגנטי, הוא חווה כוח מכני.

מגנט קבוע הופך אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית באמצעות אינטראקציה של שני שדות מגנטיים. שדה אחד נוצר על ידי מכלול עם מגנטים קבועים, השני נוצר על ידי זרם חשמלי הזורם בפיתולי המנוע. שני שדות אלו מביאים למומנט שנוטה לסובב את הרוטור. כאשר הרוטור מסתובב, הזרם בפיתולים משתנה, ומספק פלט מומנט רציף.

המתג מורכב ממקטעי נחושת מוליכים (מוטות), שהם סיום של סלילי תיל בודדים המופצים סביב החיזוק. החצי השני של המתג המכני מצויד במברשות. מברשות אלו נשארות בדרך כלל נייחות עם בית המנוע.

כאשר אנרגיה חשמלית עוברת דרך המברשות והאבזור, נוצר כוח פיתול בצורה של תגובה בין השדה המנוע לאבזור, הגורם לאבזור המנוע להסתובב. כאשר האבזור מסתובב, המברשות עוברות לרצועות סמוכות על הקומוטטור. פעולה זו מעבירה אנרגיה חשמלית לליפוף ולאבזור הסמוכים.

תנועת השדה המגנטי מושגת על ידי החלפת הזרם בין הסלילים בתוך המנוע. פעולה זו נקראת החלפה. למנועים רבים יש תמורה מובנית. משמעות הדבר היא שכאשר המנוע מסתובב, המברשות המכניות מעבירות אוטומטית את הסלילים על הרוטור.

הגדרת מהירות

ניתן להתאים בקלות את DPT. ניתן לשנות את המהירות באמצעות המשתנים הבאים:

1. מתח אבזור U_A (בקרת מתח).
2. שטף שדה ראשי (בקרת שדה), חוזק שדה מגנטי.
3. התנגדות עיגון.

השיטה הפשוטה ביותר לשלוט במהירות הסיבוב היא לשלוט במתח ההנעה. ככל שהמתח גבוה יותר, כך המהירות אליה מנסה המנוע להגיע גבוהה יותר. ביישומים רבים, ויסות מתח פשוט יכול להוביל לאובדי הספק גדולים במעגל הבקרה, ולכן אפנון רוחב הפולסים נמצא בשימוש נרחב.

בשיטת PWM הבסיסית, כוח ההפעלה מופעל ומכבה כדי לווסת את הזרם. היחס בין זמן ההפעלה לזמן הכיבוי קובע את מהירות המנוע.

קל לשלוט על מנוע נרגש חיצוני מכיוון שניתן לשלוט בנפרד על הזרמים דרך פיתולי האבזור והסטטור. לכן, למנועים כאלה היה ערך מסוים, במיוחד בתחום מערכות הנעה דינמיות במיוחד, למשל, להנעת מכונות עם שליטה מדויקת על מהירות ומומנט.

אפליקציה מודרנית

DPT משמשים בתחומים שונים.

זהו מרכיב חיוני במוצרים שונים:

1. צעצועים;
2. מכשירים סרוו-מכניים;
3. כונני שסתומים;
4. רובוטים;
5. אלקטרוניקה לרכב.

פריטים יומיומיים באיכות גבוהה (מכשירי מטבח) משתמשים במנוע סרוו המכונה מנוע אוניברסלי. מנועים אוניברסליים אלו הם מנועי DC טיפוסיים שבהם הסלילים הנייחים והמסתובבים הם חוטים טוריים.