Motors de corrent continu

Els motors elèctrics de corrent continu s'utilitzen en aquests accionaments elèctrics on es requereix un ampli rang de control de velocitat, una alta precisió per mantenir la velocitat de rotació de l'accionament i un control de velocitat per sobre de la velocitat nominal.

Com funcionen els motors de corrent continu?

El funcionament d'un motor elèctric de corrent continu es basa en el fenomen de la inducció electromagnètica... Des dels fonaments bàsics de l'enginyeria elèctrica se sap que es col·loca un conductor de corrent camp magnètic, la força determinada per la regla de l'esquerra actua:

F = BIL,

on I és el corrent que circula pel cable, V és la inducció del camp magnètic; L és la longitud del cable.

Quan el cable travessa les línies de camp magnètic de la màquina cap a dins s'indueix força electromotriu, que, en relació al corrent en el conductor, es dirigeix ​​contra ell, per tant s'anomena oposat o contrari (contra-d. d. s). L'energia elèctrica del motor es converteix en energia mecànica i es gasta parcialment escalfant el cable.

Estructuralment, tots els motors elèctrics de corrent continu consten d'un inductor i una armadura separats per un buit d'aire.

El corrent continu del motor elèctric inductor serveix per crear un camp magnètic estacionari de la màquina i consta d'un marc, pols principal i addicional. El marc s'utilitza per fixar els pols principal i auxiliar i és un element del circuit magnètic de la màquina. Les bobines emocionants es troben als pols principals dissenyats per crear un camp magnètic de la màquina, als pols addicionals: una bobina especial per millorar les condicions de commutació.

El corrent continu del motor elèctric d'ancoratge consisteix en el sistema magnètic muntat a partir de làmines individuals, la bobina de treball col·locada a les ranures i col·leccionista serveix per aproximar-se al corrent constant de la bobina de treball.

Un col·lector és un cilindre empalat a l'eix del motor i seleccionat d'amic per amic aïllat sobre plaques de coure. El col·lector té sortints d'armament, a les quals els extrems de les seccions són armadures de bobina soldades. La recollida de corrent del col·lector es fa mitjançant escombretes que proporcionen un contacte lliscant amb el col·lector. Raspalls fixats en suports per raspalls que els subjecten en una determinada posició i proporcionen la pressió de raspall necessària a la superfície del col·lector. Els raspalls i els suports es fixen a la travessa, connectats al motor elèctric del cos.

Commutació en motors elèctrics de corrent continu

Quan un motor elèctric està en marxa, els raspalls de corrent continu que llisquen sobre la superfície del col·lector giratori passen successivament d'una placa col·lectora a una altra. En aquest cas, les seccions paral·leles del bobinatge de l'induït es canvien i el corrent en elles canvia. El canvi de corrent es produeix mentre el gir de la bobina és curtcircuitat pel raspall. Aquest procés de commutació i els fenòmens relacionats s'anomenen commutació.

En el moment de la commutació, e s'indueix a la secció de curtcircuit de la bobina sota la influència del seu propi camp magnètic. etc. v. autoinducció. El resultat e. etc. c. provoca corrent addicional en el curtcircuit, que crea una distribució desigual de la densitat de corrent a la superfície de contacte dels raspalls. Aquesta circumstància es considera la principal raó de l'arc del col·lector sota el raspall. La qualitat de la commutació es jutja pel grau d'espurna per sota de la vora posterior del raspall i es determina per l'escala del grau d'espurna.

Mètodes d'excitació de motors elèctrics de corrent continu

Emocionat per les màquines elèctriques, entenc la creació d'un camp magnètic en elles, necessari per al funcionament d'un motor elèctric... Circuits per a motors elèctrics d'excitació de corrent continu que es mostren a la figura.

Circuits d'excitació de motors de corrent continu: a — independent, b — paral·lel, c — sèrie, d — mixt

Segons el mètode d'excitació, els motors elèctrics de corrent continu es divideixen en quatre grups:

1. Excitació independent on la bobina d'excitació NOV s'alimenta amb una font de corrent continu externa.

2. Amb excitació paral·lela (shunt), en què el bobinat d'excitació SHOV està connectat en paral·lel amb la font d'alimentació del bobinat de l'induït.

3. Amb excitació en sèrie (sèrie), on el bobinat d'excitació IDS està connectat en sèrie amb el bobinat de l'induït.

4. Motors d'excitació mixta (combinats) que tenen IDS sèrie i SHOV paral·lel del bobinat d'excitació.

Tipus de motors de corrent continu

Els motors de corrent continu es diferencien principalment per la naturalesa de l'excitació. Els motors poden ser d'excitació independent, sèrie i mixta.Paral·lelament, es pot descuidar l'emoció. Fins i tot si el bobinatge de camp està connectat a la mateixa xarxa des de la qual s'alimenta el circuit de l'induït, també en aquest cas el corrent d'excitació no depèn del corrent de l'induït, ja que la xarxa d'alimentació es pot considerar com una xarxa de potència infinita i la tensió és permanent.

El bobinatge de camp sempre està connectat directament a la xarxa i, per tant, la introducció de resistència addicional al circuit de l'induït no té cap efecte en el mode d'excitació. Les particularitats que existeix amb excitació paral·lela als generadors, no pot ser aquí.

Els motors de corrent continu de baixa potència sovint utilitzen excitació d'imants permanents. Al mateix temps, el circuit per encendre el motor es simplifica significativament, es redueix el consum de coure. Cal tenir en compte, però, que tot i que el bobinatge de camp està desactivat, les dimensions i el pes del sistema magnètic no són inferiors a les de l'excitació electromagnètica de la màquina.

Les propietats dels motors estan determinades en gran mesura pel seu sistema. emoció.

Com més gran sigui la mida del motor, més gran serà el parell natural i, en conseqüència, la potència. Per tant, amb una velocitat de rotació més alta i les mateixes dimensions, es pot obtenir més potència del motor. En aquest sentit, per regla general, els motors de corrent continu estan dissenyats, especialment amb poca potència a alta velocitat: 1000-6000 rpm.

Tanmateix, heu de tenir en compte que la velocitat de rotació dels cossos de treball de les màquines de producció és significativament menor. Per tant, s'ha d'instal·lar una caixa de canvis entre el motor i la màquina de treball.Com més gran sigui la velocitat del motor, més complexa i cara esdevé la caixa de canvis. A les instal·lacions d'alta potència, on la caixa de canvis és una unitat cara, els motors estan dissenyats a velocitats significativament més baixes.

També cal tenir en compte que una caixa de canvis mecànica sempre introdueix un error important. Per tant, en instal·lacions de precisió, és desitjable utilitzar motors de baixa velocitat, que es puguin connectar a cossos de treball directament o mitjançant la transmissió més senzilla. En aquest sentit, van aparèixer els anomenats motors amb parell elevat a velocitats de rotació baixes. Aquests motors són molt utilitzats en màquines de tall de metalls, on s'articulen amb cossos de desplaçament sense cap connexió intermèdia mitjançant cargols de boles.

Els motors elèctrics també difereixen en disseny quan els signes relacionats amb les condicions del seu funcionament. En condicions normals s'utilitzen els anomenats motors oberts i protegits, sales refrigerades per aire en les quals s'instal·len.

L'aire es bufa pels conductes de la màquina mitjançant un ventilador col·locat a l'eix del motor. En ambients agressius s'utilitzen motors tancats refrigerats per una superfície amb aletes externa o un corrent d'aire extern. Finalment, hi ha disponibles motors especials d'atmosfera explosiva.

Els requisits específics per al disseny del motor es presenten quan cal garantir un alt rendiment: un ràpid flux de processos d'acceleració i desacceleració. En aquest cas, el motor ha de tenir una geometria especial: un petit diàmetre de l'induït amb la seva llarga longitud.

Per reduir la inductància del bobinatge, no es col·loca als canals i a la superfície d'una armadura llisa.La bobina es fixa amb adhesius com la resina epoxi. Amb una inductància de bobina baixa és essencial que es millorin les condicions de commutació del col·lector, no calen pols addicionals, es pot utilitzar un col·lector de dimensions més petites. Aquest últim redueix encara més el moment d'inèrcia de l'induït del motor.

Les possibilitats encara més grans de reduir la inèrcia mecànica proporcionen l'ús d'una armadura buida, que és un cilindre de material aïllant. A la superfície d'aquest cilindre es troba un bobinatge fet per impressió, estampació o dibuix sobre una plantilla en una màquina especial. La bobina es fixa amb materials adhesius.

Dins d'un cilindre giratori per crear camins, un nucli d'acer és necessari per al pas del flux magnètic. En motors amb armadures llises i buides, a causa d'un augment dels buits en el circuit magnètic a causa de la introducció de bobinatges i materials aïllants en ells, la força de magnetització necessària per conduir el flux magnètic requerit augmenta significativament. En conseqüència, el sistema magnètic resulta més desenvolupat.

Els motors de baixa inèrcia també inclouen motors d'induït de disc. Discs sobre els quals s'apliquen o s'enganxen els bobinatges, fets d'un material aïllant prim que no es deforma, per exemple vidre. Un sistema magnètic en la versió bipolar consta de dues pinces, una de les quals allotja les bobines d'excitació. A causa de la baixa inductància del bobinatge de l'induït, la màquina, per regla general, no té cap col·lector i el corrent s'elimina mitjançant raspalls directament del bobinatge.

També cal esmentar el motor lineal, que no proporciona moviment giratori ni translació.Representa el motor, el sistema magnètic sobre el qual es troba i els pols es munten sobre la línia de moviment de l'induït i el corresponent cos de treball de la màquina. L'ancoratge es dissenya generalment com un ancoratge de baixa inèrcia. La mida i el cost del motor són grans, ja que es requereix un nombre important de pals per proporcionar moviment al llarg d'un determinat tram de carretera.

Arrancada de motors de corrent continu

En el moment inicial d'arrencar el motor, l'induït està estacionari i oposat. etc. c) la tensió de l'induït és igual a zero, per tant Ip = U / Rya.

La resistència del circuit de l'induït és petita, de manera que el corrent d'entrada supera de 10 a 20 vegades o més nominal. Això pot provocar importants esforços electrodinàmics en el bobinatge de l'induït i el seu sobreescalfament excessiu, a causa del qual es comença a utilitzar el motor iniciant els reòstats — Resistències actives incloses en el circuit de l'induït.

Els motors de fins a 1 kW es poden engegar directament.

El valor de resistència del reòstat d'arrencada es selecciona segons el corrent d'arrencada admissible del motor. El reòstat es fa per etapes per millorar la suavitat de l'arrencada del motor elèctric.

Al començament de l'inici, s'introdueix tota la resistència del reòstat. A mesura que augmenta la velocitat de l'ancoratge, hi ha un contra-e. d. s, que limita els corrents d'irrupció, eliminant gradualment la resistència del reòstat del circuit de l'induït, augmenta la tensió subministrada a l'induït.

Control de velocitat del motor elèctric de corrent continu

Velocitat del motor de corrent continu:

on U és la tensió d'alimentació; Iya — corrent d'induït; Ri és la resistència de l'induït del circuit; kc — coeficient que caracteritza el sistema magnètic; F és el flux magnètic del motor elèctric.

A partir de la fórmula, es pot veure que la velocitat de rotació del corrent continu del motor elèctric es pot ajustar de tres maneres: canviant el flux d'excitació del motor elèctric, canviant la tensió subministrada al motor elèctric i canviant la resistència als circuits de l'induït. .

Els dos primers mètodes de control han rebut l'ús més estès, el tercer mètode rarament s'utilitza: no és econòmic i la velocitat del motor depèn significativament de les fluctuacions de càrrega. Les propietats mecàniques resultants es mostren a la Fig.

Característiques mecàniques d'un motor de corrent continu amb diferents mètodes de control de velocitat

La línia en negreta és la dependència natural de la velocitat del parell de l'eix, o, el que és el mateix, del corrent de l'induït. La línia recta amb característiques mecàniques naturals es desvia una mica de la línia discontínua horitzontal. Aquesta desviació s'anomena inestabilitat, no rigidesa, de vegades estatisme. Un grup de rectes no paral·leles I correspon a la regulació de la velocitat per excitació, les rectes paral·leles II s'obtenen com a resultat del canvi de tensió de l'induït, finalment el ventilador III és el resultat d'introduir una resistència activa al circuit de l'induït.

La magnitud del corrent d'excitació d'un motor de corrent continu es pot controlar mitjançant un reòstat o qualsevol dispositiu la resistència del qual es pugui variar en magnitud, com un transistor. A mesura que augmenta la resistència del circuit, el corrent de camp disminueix, augmenta la velocitat del motor.Quan el flux magnètic es debilita, les característiques mecàniques estan per sobre de les naturals (és a dir, per sobre de les característiques en absència de reòstat). Un augment de la velocitat del motor provoca un augment de les espurnes sota els raspalls. A més, quan el motor elèctric funciona amb un flux debilitat, l'estabilitat del seu funcionament disminueix, especialment amb càrregues variables de l'eix. Per tant, els límits de control de velocitat d'aquesta manera no superen entre 1,25 i 1,3 vegades el nominal.

La regulació de tensió requereix una font de corrent constant com un generador o un convertidor. Una regulació similar s'utilitza en tots els sistemes d'accionament elèctric industrial: generador - accionament de corrent continu (G - DPT), amplificador de màquina elèctrica - motor de corrent continu (EMU - DPT), amplificador magnètic - motor de corrent continu (MU - DPT), convertidor de tiristors — Motor de corrent continu (T — DPT).

Aturar els motors elèctrics de corrent continu

En els accionaments elèctrics amb motors elèctrics de corrent continu s'utilitzen tres mètodes de frenada: frenada dinàmica, regenerativa i d'oposició.

El frenat dinàmic del motor de corrent continu es realitza curtcircuitant el bobinatge de l'induït del motor o mitjançant resistència… En què un motor de corrent continu comença a funcionar com a generador, convertint l'energia mecànica emmagatzemada en energia elèctrica. Aquesta energia s'allibera com a calor en la resistència a la qual es tanca l'enrotllament de l'induït. La frenada dinàmica garanteix un frenat de motor precís.

El motor de corrent continu de frenada regenerativa funciona quan està connectat a la xarxa elèctrica, el mecanisme d'accionament fa girar el motor a una velocitat que supera la velocitat de ralentí ideal. Llavors d.etc. induïts al bobinatge del motor superaran el valor de tensió de línia, el corrent al bobinatge del motor invertirà la direcció. Un motor elèctric entra a treballar en mode generador, donant energia a la xarxa. Al mateix temps, es produeix un moment de frenada al seu eix. Aquest mode es pot obtenir en els accionaments dels mecanismes d'elevació en baixar la càrrega, així com en regular la velocitat del motor i durant els processos de frenada en accionaments elèctrics amb corrent continu.

La frenada regenerativa d'un motor de corrent continu és el mètode més econòmic, ja que en aquest cas l'electricitat es retorna a la xarxa. En l'accionament elèctric de màquines de tall de metalls, aquest mètode s'utilitza per al control de velocitat en els sistemes G - DPT i EMU - DPT.

L'aturada del motor de corrent continu d'oposició es fa canviant la polaritat de la tensió i el corrent al bobinatge de l'induït. Quan el corrent de l'induït interacciona amb el camp magnètic de la bobina d'excitació, es crea un parell de frenada, que disminueix a mesura que disminueix la velocitat de gir del motor elèctric. Quan la velocitat d'un motor elèctric disminueix a zero, el motor elèctric s'ha de desconnectar de la xarxa, en cas contrari començarà a girar en sentit contrari.