در موتورهای در نظر گرفته شده، سیم پیچ میدان با تعداد دور کمی ساخته می شود، اما برای جریان های بالا طراحی شده است. تمام ویژگی های این موتورها با این واقعیت مرتبط است که سیم پیچ تحریک روشن می شود (شکل 5.2 را ببینید، v)به صورت سری با سیم پیچ آرمیچر، در نتیجه جریان تحریک برابر با جریان آرمیچر و شار تولید شده Ф متناسب با جریان آرمیچر است:

جایی که آ= / (/ i) - ضریب غیر خطی (شکل 5.12).

غیر خطی بودن آمرتبط با شکل منحنی مغناطیسی موتور و اثر مغناطیسی زدایی واکنش آرمیچر است. این عوامل زمانی ظاهر می شوند که / i>، / yang (/ yang - جریان آرمیچر نامی). در جریان های کمتر آرا می توان یک مقدار ثابت در نظر گرفت و وقتی / I> 2 / I n موتور اشباع شده است و شار کمی به جریان آرمیچر بستگی دارد.

برنج. 5.12.

معادلات اصلی موتور تحریک متوالی، بر خلاف معادلات موتورهای تحریک مستقل، غیرخطی هستند که اول از همه با حاصلضرب متغیرها مرتبط است:

هنگامی که جریان در مدار آرمیچر تغییر می کند، شار مغناطیسی Ф تغییر می کند و جریان های گردابی را در بخش های عظیم مدار مغناطیسی ماشین القا می کند. اثر جریان های گردابی را می توان در مدل موتور به شکل یک حلقه اتصال کوتاه معادل که توسط معادله توصیف می شود در نظر گرفت.

و معادله زنجیره آرمیچر به صورت زیر است:

که در آن w B، w B t - تعداد چرخش سیم پیچ تحریک و تعداد معادل چرخش جریان های گردابی.

در حالت ثابت

از (5.22) و (5.26) عباراتی را برای ویژگی های مکانیکی و الکترومکانیکی یک موتور DC تحریک متوالی بدست می آوریم:

به عنوان اولین تقریب، مشخصه مکانیکی یک موتور تحریک متوالی، بدون در نظر گرفتن اشباع مدار مغناطیسی، می تواند به عنوان هذلولی که از محور اردیتی عبور نمی کند، نشان داده شود. اگر قرار دهیم L i q = /؟ من + /؟ v = 0، سپس مشخصه از محور آبسیسا نیز عبور نخواهد کرد. این ویژگی نامیده می شود کامل.مشخصه طبیعی واقعی موتور از محور آبسیسا عبور می کند و به دلیل اشباع مدار مغناطیسی، در گشتاورهای بیشتر M nصاف می کند (شکل 5.13).

برنج. 5.13.

یکی از ویژگی های ویژگی های یک موتور تحریک متوالی عدم وجود یک نقطه بیکار کامل است. هنگامی که بار کاهش می یابد، سرعت افزایش می یابد که می تواند منجر به شتاب غیرقابل کنترل موتور شود. شما نمی توانید چنین موتوری را بدون بار رها کنید.

مزیت مهم موتورهای تحریک سری ظرفیت اضافه بار بالای آنها در سرعت های پایین است. با اضافه جریان 2-2.5 بار، موتور گشتاور 3.0 ... 3.5 ایجاد می کند. M n.این شرایط استفاده گسترده از موتورهای تحریک متوالی را به عنوان محرک برای وسایل نقلیه الکتریکی تعیین کرده است، که برای آن حداکثر لحظات هنگام راه اندازی مورد نیاز است.

معکوس کردن جهت چرخش موتورهای میدان سری را نمی توان با معکوس کردن قطبیت منبع تغذیه مدار آرمیچر بدست آورد. در موتورهای تحریک متوالی، هنگام معکوس کردن، لازم است جهت جریان را در یک قسمت از مدار آرمیچر تغییر دهید: یا در سیم پیچ آرمیچر، یا در سیم پیچ تحریک (شکل 5.14).

برنج. 5.14.

مشخصات مکانیکی مصنوعی برای کنترل سرعت و گشتاور را می توان به سه روش بدست آورد:

• معرفی مقاومت اضافی در مدار آرمیچر موتور؛
• تغییر در ولتاژ تامین کننده موتور؛
• با شنت سیم پیچ آرمیچر با مقاومت اضافی. هنگامی که مقاومت اضافی به مدار آرمیچر وارد می شود، استحکام ویژگی های مکانیکی کاهش می یابد و گشتاور راه اندازی کاهش می یابد. این روش در هنگام راه اندازی موتورهای تحریک متوالی، دریافت توان از منابع با ولتاژ تنظیم نشده (از سیم های تماسی و غیره) استفاده می شود. با استفاده از کنتاکتورهای K1-KZ.

برنج. 5.15.مشخصات مکانیکی رئوستات موتور تحریک متوالی: /؟ 1 انجام - R iao- مقاومت مراحل مقاومت اضافی در مدار آرمیچر

مقرون به صرفه ترین راه برای کنترل سرعت موتورهای سری تحریک شده، تغییر ولتاژ تغذیه است. مشخصات مکانیکی موتور به موازات مشخصه طبیعی به پایین تغییر می کند (شکل 5.16). از نظر شکل، این ویژگی ها مشابه مشخصات مکانیکی رئوستات است (شکل 5.15 را ببینید)، با این حال، یک تفاوت اساسی وجود دارد - هنگام تنظیم با تغییر ولتاژ، هیچ تلفاتی در مقاومت های اضافی وجود ندارد و تنظیم به آرامی انجام می شود.

برنج. 5.1

موتورهای میدان سری، زمانی که به عنوان درایو برای واحدهای متحرک استفاده می‌شوند، در بسیاری از موارد توسط یک منبع تغذیه بالاسری یا منبع تغذیه دیگر با مقدار ولتاژ ثابتی که به موتور عرضه می‌شود، تغذیه می‌شوند، در این حالت تنظیم با استفاده از یک پالس انجام می‌شود. تنظیم کننده ولتاژ عرض (به بند 3.4 مراجعه کنید). چنین طرحی در شکل نشان داده شده است. 5.17.

برنج. 5.17.

تنظیم مستقل شار تحریک یک موتور تحریک سری در صورتی امکان پذیر است که سیم پیچ آرمیچر با یک مقاومت شنت شود (شکل 5.18، a). در این مورد، جریان تحریک w = i + / w، i.e. شامل یک جزء ثابت است که به بار موتور بستگی ندارد. در این حالت، موتور خواص یک موتور تحریک مخلوط را به دست می آورد. مشخصه های مکانیکی (شکل 5.18.6) استحکام بیشتری به دست می آورند و محور اردیتا را قطع می کنند، که این امکان به دست آوردن سرعت کاهش یافته پایدار در بارهای کم روی شفت موتور را می دهد. یک اشکال قابل توجه مدار اتلاف انرژی زیاد در مقاومت شنت است.

برنج. 5.18.

موتورهای DC با تحریک سری با دو حالت ترمز مشخص می شوند: ترمز پویاو مخالفت

ترمز دینامیکی در دو حالت امکان پذیر است. در مرحله اول، سیم پیچ آرمیچر به یک مقاومت بسته می شود و سیم پیچ تحریک از طریق یک مقاومت اضافی از شبکه یا منبع دیگری تغذیه می شود. مشخصات موتور در این مورد مشابه ویژگی های یک موتور تحریک مستقل در حالت ترمز دینامیکی است (شکل 5.9 را ببینید).

در حالت دوم که نمودار آن در شکل نشان داده شده است. 5.19، هنگامی که کنتاکت های KM قطع می شوند و کنتاکت های KV بسته می شوند، موتور به عنوان یک ژنراتور خود برانگیخته عمل می کند. هنگام تعویض از حالت موتور به حالت ترمز، برای جلوگیری از مغناطیس زدایی دستگاه، لازم است جهت جریان در سیم پیچ تحریک حفظ شود، زیرا در این حالت دستگاه به حالت خود تحریکی می رود. مشخصات مکانیکی این حالت در شکل 1 نشان داده شده است. 5.20. یک سرعت مرزی ωφ وجود دارد که در زیر آن خود تحریکی ماشین رخ نمی دهد.

شکل 5.19.

برنج. 5.20.

در حالت مخالف، یک مقاومت اضافی در مدار آرمیچر گنجانده شده است. در شکل 5.21 مشخصات مکانیکی موتور را برای دو گزینه مخالف نشان می دهد. مشخصه 1 در صورتی به دست می آید که وقتی موتور در جهت جلو حرکت می کند B (نقطه با)جهت جریان را در سیم پیچ میدان تغییر دهید و مقاومت اضافی را به مدار آرمیچر وارد کنید. موتور به حالت مخالف می رود (نقطه آ)با گشتاور ترمز ترمز M.

شکل 5.21.

اگر درایو در حال اجرا است حالت کاهش بار،هنگامی که وظیفه درایو کاهش سرعت مکانیزم بالابر هنگام کار در جهت "عقب" H است، موتور در جهت "به جلو" B روشن می شود، اما با مقاومت اضافی زیادی در مدار آرمیچر. کار درایو با نقطه مطابقت دارد بروی مشخصه مکانیکی 2. عملکرد در حالت ضد سوئیچینگ با تلفات انرژی زیادی همراه است.

مشخصات دینامیکی یک موتور DC تحریک متوالی توسط سیستم معادلات ناشی از (5.22)، (5.23)، (5.25) در انتقال به شکل عملگر نوشتن شرح داده شده است:

در نمودار ساختاری (شکل 5.22)، ضریب آ= D / i) منحنی اشباع دستگاه را منعکس می کند (شکل 5.12 را ببینید). ما از تأثیر جریان های گردابی غفلت می کنیم.

برنج. 5.22.

تعیین توابع انتقال یک موتور تحریک متوالی به صورت تحلیلی بسیار دشوار است، بنابراین، تجزیه و تحلیل فرآیندهای گذرا با روش شبیه سازی کامپیوتری بر اساس مدار نشان داده شده در شکل انجام می شود. 5.22.

موتورهای DC میدان مخلوط دارای دو سیم پیچ میدانی هستند: مستقلو استوار.در نتیجه، ویژگی‌های استاتیکی و دینامیکی آن‌ها ویژگی‌های مشخصه دو نوع موتورهای DC را که قبلاً در نظر گرفته شده بودند، ترکیب می‌کنند. یک موتور خاص با تحریک مختلط به کدام یک از انواع بیشتر تعلق دارد به نسبت نیروهای مغناطیسی ایجاد شده توسط هر یک از سیم پیچ ها بستگی دارد: ...

معادلات اولیه موتور تحریک مختلط:

که در آن، R B،w b - جریان، مقاومت و تعداد چرخش سیم پیچ تحریک مستقل. L m -اندوکتانس متقابل سیم پیچ های میدان

معادلات حالت پایدار:

از این رو می توان معادله ویژگی های الکترومکانیکی را به شکل زیر نوشت:

در اکثر موارد، سیم پیچ تحریک متوالی در 30 ... 40٪ MD C انجام می شود، سپس سرعت بیکار ایده آل از سرعت نامی موتور حدود 1.5 برابر بیشتر می شود.

موتورهای الکتریکی که با جریان مستقیم هدایت می شوند بسیار کمتر از موتورهایی که با جریان متناوب کار می کنند استفاده می شوند. در محیط خانگی، موتورهای DC در اسباب بازی های کودکان استفاده می شود که با باتری های DC معمولی تغذیه می شوند. در تولید، موتورهای DC واحدها و تجهیزات مختلف را هدایت می کنند. آنها توسط بسته های باتری قدرتمند تغذیه می شوند.

دستگاه و اصل کار

موتورهای DC از نظر طراحی شبیه به موتورهای سنکرون AC هستند، با تفاوت در نوع جریان. در مدل‌های موتورهای آزمایشی ساده از یک آهنربا و یک قاب با جریان عبوری از آن استفاده می‌شد. چنین وسیله ای به عنوان یک نمونه ساده در نظر گرفته شد. موتورهای مدرن دستگاه های پیچیده و پیچیده ای هستند که قادر به توسعه قدرت بالا هستند.

سیم پیچ اصلی موتور آرمیچر است که از طریق کلکتور و مکانیزم برس برق تامین می شود. در یک میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط قطب های استاتور (محفظه موتور) می چرخد. آرمیچر از چندین سیم پیچ ساخته شده است که در شکاف های آن قرار می گیرد و با یک ترکیب اپوکسی مخصوص در آنجا ثابت می شود.

استاتور می تواند از سیم پیچ های میدانی یا آهنرباهای دائمی تشکیل شود. در موتورهای کم مصرف از آهنرباهای دائمی و در موتورهای با توان افزایش یافته، استاتور مجهز به سیم پیچ میدانی است. استاتور از انتها با روکش هایی با یاتاقان های داخلی بسته شده است که برای چرخش محور آرمیچر استفاده می شود. به یک سر این شفت یک فن خنک کننده متصل است که فشار هوا را تولید کرده و در حین کار آن را از داخل موتور به حرکت در می آورد.

اصل کار چنین موتوری بر اساس قانون آمپر است. وقتی قاب سیم را در میدان مغناطیسی قرار می دهید، می چرخد. جریان عبوری از آن میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کند که با میدان مغناطیسی خارجی در تعامل است که منجر به چرخش قاب می شود. در طراحی مدرن موتور، آرمیچر با سیم پیچی نقش قاب را ایفا می کند. جریانی به آنها می رسد، در نتیجه جریانی در اطراف آرمیچر ایجاد می شود که آن را به حرکت چرخشی سوق می دهد.

برای تامین جریان متناوب به سیم پیچ های آرمیچر، برس های مخصوص ساخته شده از آلیاژ گرافیت و مس استفاده می شود.

پایانه های سیم پیچ آرمیچر در یک واحد به نام جمع کننده ترکیب می شوند که به شکل حلقه ای از لایه های ثابت روی محور آرمیچر ساخته شده است. هنگامی که محور برس می چرخد، برق به نوبه خود از طریق لایه های کلکتور به سیم پیچ های آرمیچر تامین می شود. در نتیجه شفت موتور با سرعت یکنواخت می چرخد. هرچه آرمیچر سیم پیچ بیشتری داشته باشد، موتور یکنواخت تر کار می کند.

مجموعه برس آسیب پذیرترین مکانیسم در طراحی موتور است. در حین کار، برس های مس-گرافیت به کلکتور ساییده می شوند و شکل آن را تکرار می کنند و با نیروی ثابت به آن فشار می آورند. در حین کار برس ها فرسوده می شوند و گرد و غبار رسانا که محصول این سایش است بر روی قطعات موتور می نشیند. این گرد و غبار باید به صورت دوره ای حذف شود. معمولاً حذف گرد و غبار با هوای با فشار بالا انجام می شود.

برس ها به حرکت دوره ای خود در شیارها و دمیدن با هوا نیاز دارند، زیرا می توانند در شیارهای راهنما از گرد و غبار انباشته شده گیر کنند. این کار باعث آویزان شدن برس ها روی منیفولد و اختلال در عملکرد موتور می شود. برس ها به دلیل ساییدگی و پارگی نیاز به تعویض دوره ای دارند. در محل تماس کلکتور با برس ها کلکتور نیز فرسوده می شود. بنابراین، هنگامی که فرسوده می شود، لنگر برداشته می شود و کلکتور روی تراش ماشین کاری می شود. پس از شیار کلکتور، عایق بین لایه های کلکتور تا عمق کم آسیاب می شود تا برس ها را از بین نبرد، زیرا استحکام آن به طور قابل توجهی از قدرت برس ها بیشتر است.

بازدیدها

موتورهای DC بر اساس ماهیت تحریک تقسیم می شوند:

هیجان مستقل

با این نوع تحریک، سیم پیچ به یک منبع تغذیه خارجی متصل می شود. در این مورد، پارامترهای موتور مشابه پارامترهای یک موتور آهنربای دائم است. چرخش ها با مقاومت سیم پیچ های آرمیچر تنظیم می شوند. سرعت توسط یک رئوستات تنظیم کننده ویژه موجود در مدار سیم پیچ میدان کنترل می شود. با کاهش قابل توجه مقاومت یا با یک مدار باز، جریان آرمیچر به مقادیر خطرناک افزایش می یابد.

موتورهای برانگیخته مستقل نباید بدون بار یا با بار سبک راه اندازی شوند، زیرا سرعت آن به شدت افزایش می یابد و موتور از کار می افتد.

برانگیختگی موازی

سیم پیچ میدان و روتور به صورت موازی با یک منبع جریان متصل می شوند. با این ترتیب، جریان سیم پیچ میدان به طور قابل توجهی کمتر از جریان روتور است. پارامترهای موتورها بیش از حد دقیق می شوند، می توان از آنها برای هدایت فن ها و ماشین ابزار استفاده کرد.

کنترل دور موتور توسط یک رئوستات در یک مدار سری با سیم پیچ های میدانی یا در یک مدار روتور ارائه می شود.

هیجان متوالی

در این حالت سیم پیچ مهیج به صورت سری به آرمیچر متصل می شود که در نتیجه همان جریان از این سیم پیچ ها عبور می کند. سرعت چرخش چنین موتوری به بار آن بستگی دارد. موتور نباید بدون بار در بیکار باشد. با این حال، چنین موتوری دارای پارامترهای شروع مناسب است، بنابراین از طرح مشابهی در عملکرد وسایل نقلیه الکتریکی سنگین استفاده می شود.

هیجان مختلط

این طرح استفاده از دو سیم پیچ میدانی را فراهم می کند که به صورت جفت در هر قطب موتور قرار دارند. این سیم پیچ ها را می توان به دو طریق متصل کرد: با اضافه کردن شارها یا با تفریق آنها. در نتیجه، یک موتور الکتریکی می‌تواند ویژگی‌های مشابهی با موتورهای با تحریک موازی یا سری داشته باشد.

برای وادار کردن موتور به چرخش در جهت مخالف، قطبیت روی یکی از سیم پیچ ها معکوس می شود. برای کنترل سرعت چرخش موتور و راه اندازی آن از کلیدزنی گام به گام مقاومت های مختلف استفاده می شود.

ویژگی های عملیات

موتورهای DC سازگار با محیط زیست و قابل اعتماد هستند. تفاوت اصلی آنها با موتورهای AC توانایی تنظیم سرعت چرخش در یک محدوده وسیع است.

چنین موتورهای DC می توانند به عنوان یک ژنراتور نیز استفاده شوند. با تغییر جهت جریان در سیم پیچ میدان یا آرمیچر می توانید جهت چرخش موتور را تغییر دهید. تنظیم سرعت محور موتور با استفاده از یک مقاومت متغیر انجام می شود. در موتورهای دارای مدار تحریک سری، این مقاومت در مدار آرمیچر قرار می گیرد و اجازه می دهد تا سرعت چرخش به میزان 2-3 کاهش یابد.

این گزینه برای مکانیسم هایی با خرابی طولانی مناسب است، زیرا رئوستات در حین کار بسیار داغ می شود. افزایش سرعت با گنجاندن یک سیم پیچ مهیج رئوستات در مدار ایجاد می شود.

برای موتورهایی که دارای مدار تحریک موازی در مدار آرمیچر هستند، از رئوستات نیز برای کاهش سرعت به نصف استفاده می شود. اگر مقاومتی به مدار سیم پیچ میدان متصل شود، سرعت را تا 4 برابر افزایش می دهد.

استفاده از رئوستات با انتشار گرما همراه است. بنابراین، در طراحی های مدرن موتور، رئوستات ها با عناصر الکترونیکی جایگزین می شوند که سرعت را بدون گرمایش زیاد کنترل می کنند.

راندمان یک موتور DC تحت تأثیر قدرت آن است. موتورهای DC ضعیف راندمان پایینی دارند و راندمان آنها حدود 40 درصد است در حالی که موتورهای الکتریکی با توان 1 مگاوات می توانند تا 96 درصد راندمان داشته باشند.

مزایای موتورهای DC

• ابعاد کلی کوچک
• مدیریت آسان.
• ساخت و ساز ساده.
• امکان استفاده به عنوان مولد جریان.
• راه اندازی سریع، به ویژه مشخصه موتورهای تحریک سری.
• امکان تنظیم صاف سرعت چرخش شفت.

معایب

• برای اتصال و عملکرد، باید یک منبع تغذیه DC ویژه خریداری کنید.
• قیمت بالا.
• وجود اقلام مصرفی به شکل برس های مسی-گرافیتی با سایش بالا، یک کلکتور فرسوده که به طور قابل توجهی طول عمر را کاهش می دهد و نیاز به تعمیر و نگهداری دوره ای دارد.

دامنه استفاده

موتورهای DC به طور گسترده ای در وسایل نقلیه الکتریکی محبوب شده اند. چنین موتورهایی معمولاً در طرح های زیر قرار می گیرند:

• وسایل نقلیه الکتریکی.
• لکوموتیوهای برقی.
• تراموا.
• قطار برقی
• واگن برقی.
• مکانیسم های بالابر و حمل و نقل
• اسباب بازی های کودکانه.
• تجهیزات صنعتی با نیاز به کنترل سرعت چرخش در محدوده وسیع.

موتورهای DC به اندازه موتورهای AC استفاده نمی شوند. در زیر مزایا و معایب آنها آورده شده است.

در زندگی روزمره، از موتورهای DC در اسباب بازی های کودکان استفاده می شود، زیرا باتری ها به عنوان منبع تغذیه آنها استفاده می شود. آنها در حمل و نقل استفاده می شوند: در مترو، تراموا و واگن برقی، اتومبیل. در شرکت های صنعتی از موتورهای الکتریکی DC در درایوهای واحدها استفاده می شود که برای تامین برق بدون وقفه آنها از باتری های قابل شارژ استفاده می شود.

طراحی و نگهداری موتور DC

سیم پیچ اصلی موتور DC است لنگراتصال به منبع تغذیه از طریق دستگاه برس... آرمیچر در میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط قطب های استاتور (سیم پیچ های میدانی)... قسمت های انتهایی استاتور با سپرهایی با یاتاقان ها پوشانده شده است که در آنها شفت آرمیچر موتور می چرخد. از یک طرف، بر روی همان شفت نصب شده است پنکهخنک کننده، که جریان هوا را از طریق حفره های داخلی موتور در طول کار آن هدایت می کند.

مجموعه برس یک عنصر آسیب پذیر در طراحی موتور است. برس ها بر روی کلکتور مالیده می شوند تا شکل آن را تا حد امکان با دقت تکرار کنند، با تلاش مداوم بر روی آن فشار داده می شوند. در فرآیند کار ، برس ها فرسوده می شوند ، گرد و غبار رسانا از آنها روی قطعات ثابت می نشیند ، باید به طور دوره ای برداشته شود. خود برس ها گاهی اوقات نیاز به جابجایی در شیارها دارند، در غیر این صورت تحت تأثیر همان گرد و غبار در آنها گیر می کنند و روی کلکتور "آویزان" می شوند. مشخصات موتور همچنین به موقعیت برس ها در فضا در صفحه چرخش آرمیچر بستگی دارد.

با گذشت زمان، برس ها فرسوده شده و جایگزین می شوند. کلکتور در نقاط تماس با برس ها نیز ساییده شده است. به صورت دوره‌ای، لنگر برچیده می‌شود و کلکتور روی ماشین تراش آسیاب می‌شود. پس از سوراخ کردن، عایق بین لایه های کلکتور به عمق خاصی بریده می شود، زیرا از مواد کلکتور قوی تر است و با توسعه بیشتر برس ها را از بین می برد.

مدارهای سوئیچینگ موتور DC

وجود سیم پیچ های میدانی از ویژگی های بارز ماشین های DC است. خواص الکتریکی و مکانیکی موتور الکتریکی به نحوه اتصال آنها به شبکه بستگی دارد.

هیجان مستقل

سیم پیچ تحریک به یک منبع مستقل متصل است. عملکرد موتور مانند موتور آهنربای دائمی است. سرعت چرخش توسط مقاومت در مدار آرمیچر کنترل می شود. همچنین توسط یک رئوستات (مقاومت کنترل) در مدار سیم پیچ تحریک تنظیم می شود، اما با کاهش بیش از حد مقدار آن یا با شکست، جریان آرمیچر به مقادیر خطرناک افزایش می یابد. موتورهایی که به طور جداگانه برانگیخته می شوند نباید با سرعت آزاد یا با بار سبک شافت راه اندازی شوند. سرعت چرخش به طور چشمگیری افزایش می یابد و موتور آسیب می بیند.

بقیه مدارها را مدارهای خود تحریکی می نامند.

برانگیختگی موازی

سیم پیچ روتور و میدان به صورت موازی به یک منبع تغذیه متصل می شوند. با این اتصال، جریان عبوری از سیم پیچ میدان چندین برابر کمتر از روتور است. ویژگی‌های موتورهای الکتریکی سخت است و به آنها اجازه می‌دهد تا برای رانندگی ماشین‌ها و فن‌ها استفاده شوند.

کنترل سرعت چرخش با اتصال رئوستات ها به مدار روتور یا به صورت سری با سیم پیچ تحریک ارائه می شود.

هیجان متوالی

سیم پیچ تحریک به صورت سری با آرمیچر متصل می شود، همان جریان از آنها عبور می کند. سرعت چنین موتوری به بار آن بستگی دارد، نمی توان آن را در دور آرام روشن کرد. اما ویژگی های راه اندازی خوبی دارد، بنابراین مدار تحریک سری در خودروهای برقی استفاده می شود.

هیجان مختلط

در این طرح، از دو سیم پیچ میدانی استفاده می شود که به صورت جفت در هر یک از قطب های موتور الکتریکی قرار دارند. آنها را می توان به گونه ای متصل کرد که جریان آنها یا اضافه یا کم شود. در نتیجه موتور می تواند ویژگی های مدار تحریک سری یا موازی را داشته باشد.

برای تغییر جهت چرخشقطبیت یکی از سیم پیچ های میدان را تغییر دهید. برای کنترل استارت موتور الکتریکی و سرعت چرخش آن، از کلیدزنی گام به گام مقاومت ها استفاده می شود.

یک شار مغناطیسی برای تشکیل یک لحظه ایجاد می کند. راهنما لزوماً شامل هر دو است آهنرباهای دائمییا سیم پیچ تحریک... سلف می تواند هم بخشی از روتور و هم از استاتور باشد. در موتور نشان داده شده در شکل. 1، سیستم تحریک از دو آهنربای دائمی تشکیل شده است و بخشی از استاتور است.

انواع موتور کلکتور

با توجه به طراحی استاتور، موتور کلکتور می تواند و.

مدار موتور برس خورده با آهنربای دائمی

موتور DC برس دار (DCM) با آهنرباهای دائمی رایج ترین موتور DC است. این موتور شامل آهنرباهای دائمی است که یک میدان مغناطیسی در استاتور ایجاد می کند. موتورهای DC کلکتور با آهنرباهای دائمی (КДПТ ПМ) معمولاً در کارهایی که نیاز به توان بالایی ندارند استفاده می شود. ساخت KDPT PM ارزانتر از موتورهای کلکتور با سیم پیچ میدانی است. در این مورد، ممان KDPT PM توسط میدان آهنرباهای دائمی استاتور محدود می شود. PMDC با آهنرباهای دائمی به سرعت به تغییرات ولتاژ واکنش نشان می دهد. میدان ثابت استاتور کنترل سرعت موتور را آسان می کند. عیب موتور DC آهنربای دائم این است که با گذشت زمان آهنرباها خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند که در نتیجه میدان استاتور کاهش می یابد و عملکرد موتور کاهش می یابد.

مزایای:
• بهترین نسبت قیمت به کیفیت
• گشتاور بالا در دور پایین
• پاسخ سریع به تغییرات ولتاژ

معایب:
• آهنرباهای دائمی با گذشت زمان و همچنین تحت تأثیر دماهای بالا خواص مغناطیسی خود را از دست می دهند

موتور کلکتور با سیم پیچ میدانی

با توجه به نمودار اتصال سیم پیچ استاتور، الکتروموتورهای کلکتور با سیم پیچ میدانی به موتورهای زیر تقسیم می شوند:

مدار تحریک مستقل

مدار تحریک موازی

مدار تحریک متوالی

طرح تحریک مختلط

موتورها مستقلو تحریک موازی

در موتورهای تحریک مستقل، سیم پیچ تحریک به صورت الکتریکی به سیم پیچ متصل نیست (شکل بالا). معمولاً ولتاژ تحریک U OF با ولتاژ مدار آرمیچر U متفاوت است. اگر ولتاژها برابر باشند، سیم پیچ تحریک موازی با سیم پیچ آرمیچر متصل می شود. استفاده از یک موتور تحریک مستقل یا موازی در یک محرک الکتریکی توسط مدار محرک الکتریکی تعیین می شود. خواص (مشخصات) این موتورها یکسان است.

در موتورهای تحریک موازی، جریان های سیم پیچ تحریک (سلف) و آرمیچر به یکدیگر وابسته نیستند و جریان کل موتور برابر است با مجموع جریان سیم پیچ تحریک و جریان آرمیچر. در طول عملیات عادی، با افزایش ولتاژمنبع تغذیه جریان کل موتور را افزایش می دهد که منجر به افزایش میدان های استاتور و روتور می شود. با افزایش جریان کل موتور، سرعت نیز افزایش می یابد و گشتاور کاهش می یابد. هنگامی که موتور بارگیری می شودجریان آرمیچر افزایش می یابد و در نتیجه میدان آرمیچر افزایش می یابد. با افزایش جریان آرمیچر، جریان سلف (سیم پیچ میدان) کاهش می یابد، در نتیجه میدان سلف کاهش می یابد که منجر به کاهش سرعت موتور و افزایش گشتاور می شود.

مزایای:
• گشتاور تقریبا ثابت در دورهای پایین
• خواص تنظیم خوب
• بدون از دست دادن مغناطیس در طول زمان (چون آهنرباهای دائمی وجود ندارد)

معایب:
• گران تر از KDPT PM
• اگر جریان سلف به صفر برسد، موتور از کنترل خارج می شود

موتور کلکتور تحریک موازی دارای گشتاور کاهشی در سرعت های بالا و گشتاور زیاد، اما ثابت تر در سرعت های پایین است. جریان در سیم پیچ سلف و آرمیچر به یکدیگر بستگی ندارد، بنابراین، جریان کل موتور الکتریکی برابر است با مجموع جریان های سلف و آرمیچر. در نتیجه این نوع موتور عملکرد کنترل سرعت بسیار خوبی دارد. موتور برس دار DC با سیم پیچ میدان موازی معمولاً در کاربردهایی استفاده می شود که به بیش از 3 کیلو وات توان نیاز دارند، به ویژه در کاربردهای خودرویی و صنعتی. در مقایسه با، موتور تحریک موازی با گذشت زمان خواص مغناطیسی خود را از دست نمی دهد و قابل اعتمادتر است. معایب موتور تحریک موازی هزینه بیشتر و امکان خارج شدن موتور از کنترل در صورت کاهش جریان سلف به صفر است که به نوبه خود می تواند منجر به خرابی موتور شود.

در موتورهای الکتریکی تحریک سری، سیم پیچ تحریک به صورت سری به سیم پیچ آرمیچر متصل می شود، در حالی که جریان تحریک برابر با جریان آرمیچر (I in = I a) است که به موتورها خواص ویژه ای می بخشد. در بارهای کم، زمانی که جریان آرمیچر کمتر از جریان نامی (I a & lt I nom) باشد و سیستم مغناطیسی موتور اشباع نشده باشد (F ~ I a)، گشتاور الکترومغناطیسی با مجذور جریان متناسب است. در سیم پیچ آرمیچر:

• جایی که M -، N ∙ m،
• c M - ضریب ثابت تعیین شده توسط پارامترهای طراحی موتور،
• Ф - شار مغناطیسی اصلی، Wb،
• I a - جریان آرمیچر، A.

با افزایش بار، سیستم مغناطیسی موتور اشباع شده و تناسب بین جریان I a و شار مغناطیسی Ф نقض می شود. در اشباع قابل توجه، شار مغناطیسی Ф با افزایش I a عملا افزایش نمی یابد. نمودار وابستگی M = f (I a) در قسمت اولیه (زمانی که سیستم مغناطیسی اشباع نیست) شکل سهمی دارد، سپس در حالت اشباع از سهمی منحرف می شود و در ناحیه بارهای زیاد به یک سهمی تبدیل می شود. خط مستقیم.

مهم:گنجاندن موتورهای تحریک متوالی در شبکه در حالت بیکار (بدون بار روی شفت) یا با بار کمتر از 25٪ اسمی غیرقابل قبول است، زیرا در بارهای کم سرعت آرمیچر به شدت افزایش می یابد و به مقادیر مکانیکی می رسد. تخریب موتور ممکن است، بنابراین، در درایوهای با موتورهای تحریک متوالی، استفاده از درایو تسمه غیرقابل قبول است، در صورت شکسته شدن، موتور به حالت بیکار می رود. استثنا موتورهای تحریک متوالی با توان حداکثر 100-200 وات است که می توانند در حالت بیکار کار کنند ، زیرا قدرت تلفات مکانیکی و مغناطیسی آنها در سرعت های بالا متناسب با قدرت نامی موتور است.

توانایی موتورهای تحریک سری برای ایجاد یک گشتاور الکترومغناطیسی بزرگ، خواص راه اندازی خوبی را برای آنها فراهم می کند.

یک موتور کموتاتور تحریک سری دارای گشتاور بالا در دورهای پایین و سرعت بالا در صورت عدم اعمال بار است. این موتور الکتریکی برای کاربردهایی که نیاز به ایجاد گشتاور بالا دارند (جرثقیل ها و وینچ ها) ایده آل است، زیرا جریان استاتور و روتور تحت بار افزایش می یابد. برخلاف موتورهای تحریک موازی، یک موتور تحریک متوالی مشخصه کنترل سرعت دقیقی ندارد و در صورت اتصال کوتاه در سیم پیچ تحریک، ممکن است غیر قابل کنترل شود.

موتور تحریک مخلوط دارای دو سیم پیچ میدانی است که یکی از آنها به صورت موازی با سیم پیچ آرمیچر و دیگری به صورت سری متصل می شود. نسبت بین نیروهای مغناطیسی سیم پیچ ها می تواند متفاوت باشد، اما معمولا یکی از سیم پیچ ها نیروی مغناطیسی زیادی ایجاد می کند و این سیم پیچ را سیم پیچ اصلی، سیم پیچ دوم را سیم پیچ کمکی می نامند. سیم پیچ های میدان را می توان به صورت هماهنگ و مخالف به هم متصل کرد و بر این اساس شار مغناطیسی از مجموع یا اختلاف نیروهای مغناطیسی سیم پیچ ها ایجاد می شود. اگر سیم پیچ ها مطابق با یکدیگر متصل شوند، مشخصات سرعت چنین موتوری بین ویژگی های سرعت موتورهای تحریک موازی و سری قرار می گیرد. اتصال مخالف سیم پیچ ها زمانی استفاده می شود که لازم است سرعت چرخش ثابت یا افزایش سرعت چرخش با افزایش بار افزایش یابد. بنابراین، عملکرد یک موتور میدان مخلوط به ویژگی های یک موتور میدان موازی یا سری نزدیک می شود، بسته به اینکه کدام یک از سیم پیچ های میدان نقش اصلی را ایفا می کند.

موتورهای الکتریکی ماشین هایی هستند که می توانند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. بسته به نوع جریان مصرفی، آنها به موتورهای AC و DC تقسیم می شوند. این مقاله بر روی مورد دوم تمرکز خواهد کرد که به اختصار DPT نامیده می شود. موتورهای DC هر روز در اطراف ما هستند. آنها برای تجهیز ابزارهای برقی با باتری یا باتری، وسایل نقلیه الکتریکی، برخی ماشین آلات صنعتی و موارد دیگر استفاده می شوند.

دستگاه و اصل کار

DPT در ساختار آن شبیه یک موتور AC سنکرون است، تفاوت بین آنها فقط در نوع جریان مصرفی است. موتور از یک قسمت ثابت - یک استاتور یا سلف، یک قسمت متحرک - یک آرمیچر و یک واحد جمع کننده برس تشکیل شده است. در صورت کم مصرف بودن موتور، سلف را می توان به شکل آهنربای دائمی ساخت، اما اغلب با یک سیم پیچ تحریکی که دارای دو یا چند قطب است، عرضه می شود. آرمیچر شامل مجموعه ای از هادی ها (سیم پیچ ها) است که در شکاف ها ثابت شده اند. ساده ترین مدل DCT تنها از یک آهنربا و یک قاب استفاده می کرد که جریان از آن عبور می کرد. چنین طراحی را می توان تنها به عنوان یک مثال ساده در نظر گرفت، در حالی که یک طراحی مدرن یک نسخه بهبود یافته، داشتن دستگاه پیچیده تر و توسعه قدرت مورد نیاز است.

اصل عملکرد DCT بر اساس قانون آمپر است: اگر یک قاب سیم باردار در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد، شروع به چرخش می کند. جریانی که از آن عبور می کند، میدان مغناطیسی خود را در اطراف خود تشکیل می دهد که با تماس با یک میدان مغناطیسی خارجی، شروع به چرخش قاب می کند. در مورد یک فریم، چرخش تا زمانی که به موقعیت خنثی موازی با میدان مغناطیسی خارجی برسد ادامه خواهد داشت. برای به حرکت درآوردن سیستم، باید یک فریم دیگر اضافه کنید. در DPT مدرن، قاب ها با یک لنگر با مجموعه ای از هادی ها جایگزین می شوند. جریانی به هادی ها وارد می شود و آنها را شارژ می کند، در نتیجه یک میدان مغناطیسی در اطراف آرمیچر ایجاد می شود که شروع به تعامل با میدان مغناطیسی سیم پیچ تحریک می کند. در نتیجه این تعامل، لنگر از یک زاویه خاص می چرخد. علاوه بر این، جریان به هادی های بعدی و غیره می رسد.
برای شارژ متناوب هادی های آرمیچر از برس های مخصوص ساخته شده از گرافیت یا آلیاژ مس با گرافیت استفاده می شود. آنها نقش کنتاکت هایی را بازی می کنند که مدار الکتریکی را به پایانه های یک جفت هادی می بندند. همه سرنخ ها از یکدیگر جدا شده و در یک مجموعه منیفولد ترکیب می شوند - حلقه ای از چندین لایه که در محور شفت آرمیچر قرار دارد. در حین کار موتور، برس ها-تماس ها به طور متناوب لایه ها را می بندند که به موتور اجازه می دهد تا به طور یکنواخت بچرخد. هرچه آرمیچر هادی بیشتری داشته باشد، DPT یکنواخت تر کار می کند.

موتورهای DC به دو دسته تقسیم می شوند:
- موتورهای الکتریکی با تحریک مستقل؛
- موتورهای الکتریکی با خود تحریکی (موازی، سری یا مختلط).
مدار DCT با تحریک مستقل، اتصال سیم پیچ تحریک و آرمیچر را به منابع مختلف برق فراهم می کند، به طوری که آنها از نظر الکتریکی به یکدیگر متصل نمی شوند.
تحریک موازی با اتصال سیم‌پیچ‌های سلف و آرمیچر به صورت موازی به یک منبع تغذیه انجام می‌شود. این دو نوع موتور ویژگی های عملکردی سختی دارند. سرعت چرخش محور کار آنها به بار بستگی ندارد و می توان آن را تنظیم کرد. چنین موتورهایی در ماشین‌هایی با بار متغیر کاربرد پیدا کرده‌اند، جایی که تنظیم سرعت چرخش شفت مهم است.
با تحریک متوالی، آرمیچر و سیم پیچ تحریک به صورت سری به هم متصل می شوند، بنابراین جریان الکتریکی یکسانی دارند. چنین موتورهایی در عملکرد "نرم تر" هستند، دامنه کنترل سرعت بیشتری دارند، اما نیاز به بار ثابت روی شفت دارند، در غیر این صورت سرعت چرخش ممکن است به سطح بحرانی برسد. آنها گشتاور راه اندازی بالایی دارند که راه اندازی را آسان تر می کند، اما سرعت چرخش شفت به بار بستگی دارد. آنها در حمل و نقل الکتریکی استفاده می شوند: در جرثقیل ها، قطارهای الکتریکی و ترامواهای شهری.
نوع مختلط، که در آن یک سیم پیچ تحریک به صورت موازی به آرمیچر متصل می شود، و دومی به صورت سری، نادر است.

تاریخچه مختصری از آفرینش

M. Faraday پیشگام در تاریخ ایجاد موتورهای الکتریکی شد. او نتوانست یک مدل کاری تمام عیار ایجاد کند، اما این او بود که مالک این کشف بود که این کار را ممکن کرد. در سال 1821، او آزمایشی را با استفاده از یک سیم شارژ شده در جیوه در حمام با آهنربا انجام داد. هنگام تعامل با یک میدان مغناطیسی، هادی فلزی شروع به چرخش کرد و انرژی جریان الکتریکی را به کار مکانیکی تبدیل کرد. دانشمندان آن زمان در تلاش بودند تا ماشینی بسازند که بر اساس این اثر کار کند. آنها می خواستند موتوری تهیه کنند که بر اساس پیستون کار کند، یعنی محور کار به عقب و جلو حرکت کند.
در سال 1834 اولین موتور الکتریکی DC ساخته شد که توسط دانشمند روسی B.S. Jacobi ساخته و ایجاد شد. این او بود که پیشنهاد کرد حرکت رفت و برگشتی شفت با چرخش آن جایگزین شود. در مدل او، دو مغناطیس الکترومغناطیس با یکدیگر برهم کنش داشتند و یک شفت را می چرخاندند. او همچنین در سال 1839 یک قایق مجهز به DPT را با موفقیت آزمایش کرد. تاریخچه بعدی این نیروگاه در واقع بهبود موتور جاکوبی است.

ویژگی های DPT

مانند انواع دیگر موتورهای الکتریکی، DPT قابل اعتماد و سازگار با محیط زیست است. برخلاف موتورهای AC، می تواند سرعت چرخش شفت را در محدوده وسیع، فرکانس تنظیم کند و علاوه بر این، با راه اندازی آسان متمایز می شود.
موتور DC را می توان هم به عنوان خود موتور و هم به عنوان ژنراتور استفاده کرد. همچنین می تواند با تغییر جهت جریان در آرمیچر (برای همه انواع) یا در سیم پیچ میدان (برای موتورهای با تحریک سری) جهت چرخش شفت را تغییر دهد.
کنترل سرعت چرخش با اتصال یک مقاومت متغیر در مدار به دست می آید. با تحریک متوالی، در مدار آرمیچر قرار دارد و کاهش سرعت را در نسبت های 2: 1 و 3: 1 ممکن می کند. این گزینه برای تجهیزاتی مناسب است که مدت زمان طولانی از کار افتادن دارند زیرا رئوستات در حین کار به میزان قابل توجهی گرم می شود. افزایش سرعت با اتصال رئوستات به مدار سیم پیچ میدان تامین می شود.
برای موتورهای با تحریک موازی، از رئوستات ها نیز در مدار آرمیچر استفاده می شود تا سرعت را تا 50 درصد از مقادیر اسمی کاهش دهد. تنظیم مقاومت در مدار سیم پیچ میدان به شما امکان می دهد سرعت را تا 4 برابر افزایش دهید.
استفاده از رئوستات ها همیشه با تلفات حرارتی قابل توجهی همراه است، بنابراین، در مدل های مدرن موتورها، آنها با مدارهای الکترونیکی جایگزین می شوند که امکان کنترل سرعت را بدون تلفات قابل توجه انرژی فراهم می کند.
راندمان یک موتور DC به قدرت آن بستگی دارد. مدل های کم مصرف با راندمان پایین با راندمان حدود 40 درصد مشخص می شوند در حالی که موتورهای با توان 1000 کیلووات می توانند تا 96 درصد راندمان داشته باشند.

مزایا و معایب DPT

مزایای اصلی موتورهای DC عبارتند از:
- سادگی ساخت و ساز؛
- سهولت مدیریت؛
- توانایی کنترل فرکانس چرخش شفت؛
- راه اندازی آسان (به ویژه برای موتورهای با تحریک سری)؛
- قابلیت استفاده به عنوان ژنراتور؛
- اندازه جمع و جور
معایب:
- دارای یک "پیوند ضعیف" - برس های گرافیتی که به سرعت فرسوده می شوند، که عمر مفید را محدود می کند.
- قیمت تمام شده بالا؛
- هنگام اتصال به شبکه، به یکسو کننده های فعلی نیاز دارند.

دامنه کاربرد

موتورهای DC به طور گسترده ای در حمل و نقل استفاده می شوند. آنها در تراموا، قطارهای الکتریکی، لکوموتیوهای الکتریکی، لوکوموتیوهای بخار، کشتی های موتوری، کامیون کمپرسی، جرثقیل و غیره نصب می شوند. علاوه بر این، آنها در ابزار، کامپیوتر، اسباب بازی و ماشین آلات متحرک استفاده می شوند. آنها اغلب در ماشین های تولیدی یافت می شوند، جایی که لازم است سرعت چرخش شفت کار در محدوده وسیعی تنظیم شود.