Silnik prądu stałego: urządzenie i zasada działania, konstrukcja i sterowanie, zastosowanie dpt

Urządzenie, które zamienia energię elektryczną na energię mechaniczną, może być używane jako silnik lub generator, ponieważ konstrukcja i zasada działania silnika prądu stałego (silnika prądu stałego) jest zbliżona do projektu generator. Cechą DCT jest mechaniczny falownik (przełącznik). Ten komutator ma styki ślizgowe w postaci szczotek, które są umieszczone tak, że zmieniają polaryzację uzwojeń twornika (cewek) podczas obrotu.

Funkcje i urządzenie DPT

DPT to obrotowa maszyna elektryczna zasilana prądem stałym. W zależności od kierunku przepływu mocy rozróżnia się silnik (silnik elektryczny z elektrycznym i moc mechaniczna) i generator (generator elektryczny, do którego dostarczana jest moc mechaniczna, oraz) Elektryczność). DPT można uruchamiać pod obciążeniem, ich prędkość można łatwo zmienić. W trybie generatora DCT przekształca napięcie ACdostarczany przez wirnik do pulsującego stałego napięcia.

Historia wynalazku

Opierając się na rozwoju pierwszych ogniw elektrochemicznych w pierwszej połowie XIX wieku, maszyny prądu stałego były pierwszymi elektromechanicznymi konwerterami energii. Pierwotna forma silnika elektrycznego została opracowana w 1829 r., a w 1832 r. Francuz Hippolyte Piksii zbudował pierwszy generator. Antonio Pacinotti zbudował w 1860 roku silnik elektryczny prądu stałego z wielokomponentowym komutatorem. Friedrich von Hefner-Alteneck opracował armaturę bębnową w 1872 roku, co otworzyło możliwości przemysłowego zastosowania w dziedzinie budowy maszyn na dużą skalę.

W następnych dziesięcioleciach takie maszyny straciły na znaczeniu w wielkoskalowej inżynierii mechanicznej ze względu na rozwój trójfazowego prądu przemiennego. Maszyny synchroniczne i niskoobsługowe układy silników indukcyjnych zastąpiły je w wielu urządzeniach.

Konstrukcja silnika

Aby zrozumieć zasadę działania DPT, musisz najpierw przestudiować jego cechy konstrukcyjne, jeden z co oznacza, że ​​wirujący przewodnik jest zainstalowany w polu magnetycznym magnesu trwałego okrążenie.

Upraszczając tę ​​strukturę, możemy powiedzieć, że silnik składa się z dwóch głównych elementów:

1. Magnes główny (magnes trwały), który jest przymocowany do stojana. Pole magnetyczne może być również generowane elektrycznie. Na stojanie znajdują się tak zwane uzwojenia wzbudzające (cewki).
2. Pętla przewodząca (wzmocnienie) na rdzeniu twornika, zwykle składająca się z laminowanych blach.

Obie konstrukcje nazywane są silnikami prądu stałego wzbudzonymi zewnętrznie. Prawo elektrodynamiczne wskazuje, że pętla przewodząca przewodnika w polu magnetycznym jest siłą [F], która zależy od prądu [I] i natężenia pola magnetycznego [B]. Przewodnik przewodzący jest otoczony okrągłym polem magnetycznym. Jeśli połączysz pole magnetyczne pola magnetycznego z polem magnetycznym pętli przewodzącej, możesz znaleźć superpozycję dwóch pól, a także wynikający z tego efekt siły.

Uzwojenie twornika składa się z dwóch połówek cewki. Jeśli przyłożysz napięcie prądu stałego do dwóch końców uzwojenia twornika, możesz sobie wyobrazić, że ruchome nośniki ładunku wchodzą do dolnej połowy cewki z górnej połowy cewki.

Każda cewka przewodząca wytwarza własne pole magnetyczne, a pole magnetyczne magnesu trwałego nakłada się na pole magnetyczne dolnej połowy cewki i pole górnej połowy cewki. Linie pola stałego pola magnetycznego są zawsze w tym samym kierunku, zawsze pokazują od północy do bieguna południowego. Natomiast pola dwóch połówek cewki mają przeciwne kierunki.

Po lewej stronie półpola cewki linie pola wzbudnicy i pola cewki są zwrócone w tym samym kierunku. Ten efekt siły wytwarza moment obrotowy w przeciwnym kierunku na dolnym i górnym końcu twornika, co powoduje obrót twornika.

Kotwa jest tak zwaną kotwicą dwuteową. Ten projekt zawdzięcza swoją nazwę kształtowi, który przypomina dwa trójniki. Cewki twornika są połączone z płytami komutatora (kolektora). Prąd w uzwojeniu twornika jest zwykle dostarczany przez szczotki węglowe, które zapewniają kontakt ślizgowy z obracającym się komutatorem i zasilają cewki w energię elektryczną. Szczotki wykonane są z samosmarującego się grafitu, częściowo zmieszanego z proszkiem miedzi do małych silników.

Zasada działania i użytkowania

To urządzenie jest maszyną elektryczną, która zamienia energię elektryczną na energię mechaniczną. Zasada działania silnika prądu stałego polega na tym, że za każdym razem, gdy przewodnik niesiony przez prąd zostanie umieszczony w polu magnetycznym, działa na niego siła mechaniczna.

Magnes trwały przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną poprzez oddziaływanie dwóch pól magnetycznych. Jedno pole jest tworzone przez zespół z magnesami trwałymi, drugie jest wytwarzane przez prąd elektryczny płynący w uzwojeniach silnika. Te dwa pola powodują powstanie momentu obrotowego, który ma tendencję do obracania wirnika. Gdy wirnik się obraca, prąd w uzwojeniach jest przełączany, zapewniając ciągły wyjściowy moment obrotowy.

Łącznik składa się z przewodzących odcinków miedzianych (prętów), które stanowią zakończenia poszczególnych zwojów drutu rozmieszczonego wokół zbrojenia. Druga połowa wyłącznika mechanicznego wyposażona jest w szczotki. Szczotki te zwykle pozostają nieruchome z obudową silnika.

Gdy energia elektryczna przechodzi przez szczotki i twornik, powstaje siła skręcająca w postaci reakcji między polem silnika a twornikiem, powodująca obrót twornika silnika. Gdy twornik się obraca, szczotki przełączają się na sąsiednie paski w komutatorze. To działanie przenosi energię elektryczną do sąsiedniego uzwojenia i twornika.

Ruch pola magnetycznego uzyskuje się poprzez przełączanie prądu między cewkami wewnątrz silnika. Ta czynność nazywa się przełączaniem. Wiele silników ma wbudowaną komutację. Oznacza to, że gdy silnik się obraca, mechaniczne szczotki automatycznie komutują cewki na wirniku.

Ustawienie prędkości

DPT można łatwo regulować. Prędkość można zmienić za pomocą następujących zmiennych:

1. Napięcie twornika U_A (kontrola napięcia).
2. Strumień pola głównego (sterowanie polem), natężenie pola magnetycznego.
3. Opór kotwienia.

Najprostszą metodą sterowania prędkością obrotową jest sterowanie napięciem napędowym. Im wyższe napięcie, tym wyższa prędkość, którą silnik próbuje osiągnąć. W wielu zastosowaniach prosta regulacja napięcia może prowadzić do dużych strat mocy w obwodzie sterującym, dlatego szeroko stosowana jest modulacja szerokości impulsu.

W podstawowej metodzie PWM zasilanie operacyjne jest włączane i wyłączane w celu modulowania prądu. Stosunek czasu włączenia do czasu wyłączenia określa prędkość silnika.

Silnik wzbudzany zewnętrznie jest łatwy do kontrolowania, ponieważ prądy płynące przez twornik i uzwojenia stojana mogą być kontrolowane oddzielnie. Dlatego takie silniki miały pewną wartość, zwłaszcza w zakresie wysoko dynamicznych układów napędowych, np. do napędzania maszyn z precyzyjną regulacją prędkości i momentu obrotowego.

Nowoczesna aplikacja

DPT są używane w różnych dziedzinach.

Jest niezbędnym elementem w różnych produktach:

1. zabawki;
2. urządzenia serwomechaniczne;
3. napędy zaworów;
4. roboty;
5. elektronika samochodowa.

Wysokiej jakości przedmioty codziennego użytku (sprzęt kuchenny) wykorzystują serwomotor zwany silnikiem uniwersalnym. Te uniwersalne silniki to typowe silniki prądu stałego, w których cewki stacjonarne i wirujące są przewodami szeregowymi.