מנועי DC

מנועים חשמליים בזרם ישר משמשים בכוננים חשמליים אלה שבהם נדרשים טווח גדול של בקרת מהירות, דיוק גבוה של שמירה על מהירות הסיבוב של הכונן ובקרת מהירות מעל המהירות הנקובת.

כיצד פועלים מנועי DC?

פעולתו של מנוע חשמלי DC מבוסס על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית... ידוע מיסודות הנדסת החשמל שמציבים מוליך נושא זרם שדה מגנטי, הכוח שנקבע על ידי הכלל השמאלי פועל:

F = BIL,

כאשר I הוא הזרם הזורם דרך החוט, V הוא אינדוקציה של השדה המגנטי; L הוא אורך החוט.

כאשר החוט חוצה את קווי השדה המגנטי של המכונה פנימה הוא מושרה כוח חשמלי, שביחס לזרם במוליך, מכוון כנגדו, לכן הוא נקרא הפוך או הפוך (קונטרה-ד. ד.ס). הכוח החשמלי במנוע הופך לכוח מכני ומושקע בחלקו בחימום החוט.

מבחינה מבנית, כל המנועים החשמליים DC מורכבים ממשרן ואבזור המופרדים על ידי מרווח אוויר.

זרם ישר של מנוע חשמלי משרן משמש ליצירת שדה מגנטי נייח של המכונה ומורכב ממסגרת, קטבים ראשיים ונוספים. המסגרת משמשת לקיבוע הקטבים הראשיים והעזרים ומהווה מרכיב במעגל המגנטי של המכונה. סלילים מרגשים ממוקמים על הקטבים הראשיים המיועדים ליצירת שדה מגנטי של המכונה, על קטבים נוספים - סליל מיוחד לשיפור תנאי המעבר.

זרם ישר של מנוע חשמלי עוגן מורכב מהמערכת המגנטית המורכבת מיריעות בודדות, סליל העבודה המוצב בחריצים, ו אַסְפָן משמש לגישה לזרם קבוע של סליל העבודה.

אספן הוא צילינדר משופד על גל המנוע ונבחר מחבר מבודד על ידי חבר על לוחות נחושת. לקולט יש בליטות נטייה, אשר קצוות המקטעים מולחמים אבזור סליל. איסוף הזרם מהקולט נעשה באמצעות מברשות המספקות מגע הזזה עם הקולט. מברשות מקובעות במחזיקי מברשות המחזיקות אותן במצב מסוים ומספקות את לחץ המברשת הדרוש על פני האספן. מברשות ומחזיקי מברשות קבועים על המעבר, מחוברים למנוע החשמלי של הגוף.

תמורה במנועים חשמליים DC

כאשר מנוע חשמלי פועל, מברשות ה-DC המחליקות על פני האספן המסתובב עוברות ברציפות מצלחת אספן אחת לאחרת. במקרה זה, הקטעים המקבילים של פיתול האבזור מוחלפים והזרם בהם משתנה. השינוי בזרם מתרחש בזמן שסיבוב הסליל מקוצר על ידי המברשת. תהליך מיתוג זה ותופעות נלוות נקראים commutation.

ברגע המיתוג, e מושרה בקטע הקצר של הסליל בהשפעת השדה המגנטי שלו. וכו ' v. אינדוקציה עצמית. ה-e שהתקבל. וכו ' ג גורם לזרם נוסף בקצר, מה שיוצר חלוקה לא אחידה של צפיפות הזרם על משטח המגע של המברשות. נסיבות אלו נחשבות לסיבה העיקרית לקשתות האספן מתחת למברשת. איכות המעבר נשפטת לפי מידת הניצוץ מתחת לקצה האחורי של המברשת ונקבעת לפי קנה המידה של מידת הניצוץ.

שיטות של עירור מנועים חשמליים זרם ישר

מתרגש ממכונות חשמליות, אני מבין את יצירת שדה מגנטי בהן, הכרחי לפעולת מנוע חשמלי... מעגלים לעירור מנועים חשמליים זרם ישר המוצג באיור.

מעגלים לעירור של מנועי DC: a - עצמאי, b - מקביל, c - סדרה, d - מעורב

על פי שיטת העירור, מנועים חשמליים DC מחולקים לארבע קבוצות:

1. מופעל באופן עצמאי כאשר סליל עירור NOV מופעל על ידי מקור DC חיצוני.

2. עם עירור מקביל (shunt), שבו מתפתל עירור SHOV מחובר במקביל למקור האספקה ​​של מתפתל האבזור.

3. עם עירור סדרתי (סדרה), כאשר פיתול עירור IDS מחובר בסדרה עם פיתול האבזור.

4. מנועי עירור מעורבים (משולבים) בעלי סדרת IDS ו-SHOV מקביל של פיתול העירור.

סוגי מנועי DC

מנועי DC נבדלים בעיקר באופי העירור. מנועים יכולים להיות בעלי עירור עצמאי, סדרתי ומעורב.במקביל, ניתן להזניח את ההתרגשות. גם אם פיתול השדה מחובר לאותה רשת שממנה מוזן מעגל האבזור, אז גם במקרה זה זרם העירור אינו תלוי בזרם האבזור, שכן ניתן להתייחס לרשת האספקה ​​כרשת בעלת כוח אינסופי, וכן המתח הוא קבוע.

פיתול השדה מחובר תמיד ישירות לרשת ולכן להכנסת התנגדות נוספת במעגל האבזור אין השפעה על מצב העירור. הפרטים שזה קיים עם עירור מקביל בגנרטורים, זה לא יכול להיות כאן.

מנועי DC עם הספק נמוך משתמשים לעתים קרובות בגירוי מגנט קבוע. במקביל, המעגל להפעלת המנוע מפושט באופן משמעותי, צריכת הנחושת מופחתת. עם זאת, יש לציין כי למרות שפיתול השדה כבוי, הממדים והמשקל של המערכת המגנטית אינם נמוכים מאשר עם עירור אלקטרומגנטי של המכונה.

המאפיינים של המנועים נקבעים במידה רבה על ידי המערכת שלהם. התרגשות.

ככל שגודל המנוע גדול יותר, כך גדל המומנט הטבעי ובהתאם גם ההספק. לכן, עם מהירות סיבוב גבוהה יותר ואותן מידות, אתה יכול לקבל יותר כוח מנוע. בהקשר זה, ככלל, מנועי DC מתוכננים, במיוחד עם הספק נמוך במהירות גבוהה - 1000-6000 סל"ד.

עם זאת, כדאי לזכור שמהירות הסיבוב של גופי העבודה של מכונות הייצור נמוכה משמעותית. לכן, יש להתקין תיבת הילוכים בין המנוע למכונה הפועלת.ככל שמהירות המנוע גבוהה יותר, כך תיבת ההילוכים הופכת מורכבת ויקרה יותר. במתקני הספק גבוה, שבהם תיבת ההילוכים היא יחידה יקרה, המנועים מתוכננים במהירויות נמוכות משמעותית.

כמו כן, יש לזכור כי תיבת הילוכים מכנית תמיד מציגה שגיאה משמעותית. לכן, בהתקנות מדויקות, רצוי להשתמש במנועים במהירות נמוכה, שניתן לחבר לגופים עובדים ישירות או באמצעות תיבת ההילוכים הפשוטה ביותר. בהקשר זה הופיעו המנועים המכונים עם מומנט גבוה במהירויות סיבוב נמוכות. מנועים אלה נמצאים בשימוש נרחב במכונות חיתוך מתכת, שם הם מפרקים עם גופי עקירה ללא כל חיבורי ביניים באמצעות ברגים כדוריים.

מנועים חשמליים גם שונים בעיצוב כאשר סימנים קשורים לתנאי הפעולה שלהם. בתנאים רגילים משתמשים במנועים פתוחים ומוגנים כביכול, חדרים מקוררים באוויר שבהם הם מותקנים.

אוויר מועף דרך תעלות המכונה באמצעות מאוורר המוצב על ציר המנוע. מנועים סגורים מקוררים על ידי משטח בעל סנפיר חיצוני או זרם אוויר חיצוני משמשים בסביבות אגרסיביות. לבסוף, מנועי אוויר מיוחדים זמינים.

דרישות ספציפיות לתכנון המנוע מוצגות כאשר יש צורך להבטיח ביצועים גבוהים - זרימה מהירה של תהליכי האצה והאטה. במקרה זה, המנוע חייב להיות בעל גיאומטריה מיוחדת - קוטר קטן של האבזור עם אורכו הארוך.

כדי להפחית את השראות של הפיתול, הוא אינו מונח בערוצים, ועל פני השטח של אבזור חלק.הסליל מקובע באמצעות דבקים כגון שרף אפוקסי. עם השראות סליל נמוכה חיוני שתנאי ההעברה של הקולט ישתפרו, אין צורך במוטות נוספים, ניתן להשתמש בקולט במידות קטנות יותר. זה האחרון מפחית עוד יותר את מומנט האינרציה של אבזור המנוע.

אפשרויות גדולות עוד יותר להפחתת האינרציה המכנית מספקות שימוש באבזור חלול, שהוא גליל של חומר בידוד. על פני השטח של גליל זה ממוקמת סלילה שנעשתה על ידי הדפסה, הטבעה או על ידי ציור על תבנית במכונה מיוחדת. הסליל קבוע עם חומרים דבקים.

בתוך גליל מסתובב ליצירת נתיבים, ליבת פלדה נחוצה למעבר השטף המגנטי. במנועים בעלי אבזור חלק וחלול, עקב עלייה במרווחים במעגל המגנטי עקב הכנסת פיתולים וחומרי בידוד לתוכם, עולה משמעותית כוח הממגנט הנדרש להובלת השטף המגנטי הנדרש. בהתאם לכך, המערכת המגנטית מתגלה כמפותחת יותר.

מנועי אינרציה נמוכה כוללים גם מנועי אבזור דיסק. דיסקים עליהם מורחים או מודבקים הפיתולים, עשויים מחומר מבודד דק שאינו מתעוות, למשל זכוכית. מערכת מגנטית בגרסה הדו-קוטבית מורכבת משני מהדקים, אחד מהם מכיל את סלילי העירור. בשל השראות הנמוכה של פיתול האבזור, למכונה, ככלל, אין אספן, והזרם מוסר על ידי מברשות ישירות מהסלילה.

יש להזכיר גם על המנוע הליניארי, שאינו מספק תנועה סיבובית ומתרגלת.הוא מייצג את המנוע, את המערכת המגנטית שעליה הוא ממוקם והקטבים מותקנים על קו התנועה של האבזור וגוף העובד המתאים של המכונה. העוגן מעוצב בדרך כלל כעוגן אינרציה נמוך. הגודל והעלות של המנוע גדולים, מכיוון שנדרש מספר לא מבוטל של מוטות כדי לספק תנועה לאורך קטע כביש נתון.

התנעת מנועי DC

ברגע הראשוני של התנעת המנוע, האבזור נייח ומנוגד. וכו ' ג. המתח באבזור שווה לאפס, לכן Ip = U / Rya.

ההתנגדות של מעגל האבזור קטנה, ולכן זרם הפריצה עולה על פי 10 - 20 או יותר מהנומינלי. זה יכול לגרום משמעותי מאמצים אלקטרודינמיים בפיתול האבזור והתחממות יתר שלו, שבגללה המנוע מתחיל בשימוש התחלת ריאוסטטים - התנגדויות אקטיביות הכלולות במעגל האבזור.

ניתן להפעיל מנועים עד 1 קילוואט ישירות.

ערך ההתנגדות של ריאוסטט ההתנעה נבחר בהתאם לזרם ההתנעה המותר של המנוע. ה-rheostat מיוצר בשלבים כדי לשפר את החלקות של התנעת המנוע החשמלי.

בתחילת ההתחלה, נכנסת כל ההתנגדות של הריאוסטט. ככל שמהירות העוגן גדלה, יש נגד-e. ד. s, אשר מגביל את זרמי הכניסה. בהדרגה להסיר צעד אחר צעד את ההתנגדות של rheostat ממעגל האבזור, המתח המסופק לאבזור עולה.

זרם ישר של מנוע חשמלי בקרת מהירות

מהירות מנוע DC:

כאשר U הוא מתח האספקה; איה - זרם אבזור; Ri היא התנגדות האבזור של המעגל; kc - מקדם המאפיין את המערכת המגנטית; F הוא השטף המגנטי של המנוע החשמלי.

מהנוסחה ניתן לראות שניתן לכוונן את מהירות סיבוב הזרם הישר של המנוע החשמלי בשלוש דרכים: על ידי שינוי שטף העירור של המנוע החשמלי, שינוי המתח המסופק למנוע החשמלי ושינוי ההתנגדות במעגלי אבזור .

שתי שיטות הבקרה הראשונות קיבלו את השימוש הנרחב ביותר, השיטה השלישית משמשת לעתים רחוקות: היא לא חסכונית ומהירות המנוע תלויה באופן משמעותי בתנודות עומס. התכונות המכניות המתקבלות מוצגות באיור.

מאפיינים מכניים של מנוע DC עם שיטות בקרת מהירות שונות

הקו המודגש הוא התלות הטבעית של המהירות במומנט הציר, או, מה זהה, בזרם האבזור. הקו הישר בעל מאפיינים מכניים טבעיים סוטה במקצת מהקו המקווקו האופקי. סטייה זו נקראת חוסר יציבות, אי קשיחות, לפעמים סטטיזם. קבוצה של קווים ישרים לא מקבילים I מתאימה לוויסות מהירות על ידי עירור, קווים ישרים מקבילים II מתקבלים כתוצאה משינוי מתח האבזור, לבסוף מאוורר III הוא תוצאה של הכנסת התנגדות אקטיבית למעגל האבזור.

ניתן לשלוט בגודל זרם העירור של מנוע DC באמצעות ריאוסטט או כל מכשיר שהתנגדותו יכולה להיות שונה בגודלה, כגון טרנזיסטור. ככל שההתנגדות במעגל עולה, זרם השדה יורד, מהירות המנוע עולה.כאשר השטף המגנטי נחלש, המאפיינים המכניים הם מעל הטבעיים (כלומר, מעל המאפיינים בהיעדר ריאוסטט). עלייה במהירות המנוע מובילה לעלייה בניצוצות מתחת למברשות. בנוסף, כאשר המנוע החשמלי פועל בשטף מוחלש, יציבות פעולתו יורדת, במיוחד בעומסי פיר משתנים. לכן, מגבלות בקרת המהירות בדרך זו אינן עולות על פי 1.25 - 1.3 מהנומינלי.

ויסות מתח דורש מקור זרם קבוע כגון גנרטור או ממיר. רגולציה דומה משמשת בכל מערכות ההנעה החשמלית התעשייתית: גנרטור - הנעת זרם ישר (G - DPT), מגבר מכונה חשמלית - מנוע DC (EMU - DPT), מגבר מגנטי - מנוע DC (MU - DPT), ממיר תיריסטור - מנוע DC (T - DPT).

עצירת זרם ישר של מנועים חשמליים

שלוש שיטות בלימה משמשות בכוננים חשמליים עם מנועים חשמליים DC: בלימה דינמית, רגנרטיבית ונגדית.

בלימה דינמית מנוע DC נעשה על ידי קצר חשמלי בפיתול האבזור של המנוע או על ידי נַגָד... שבו מנוע DC מתחיל לעבוד כגנרטור, וממיר אנרגיה מכנית מאוחסנת לאנרגיה חשמלית. אנרגיה זו משתחררת כחום בהתנגדות אליה סגור פיתול האבזור. בלימה דינמית מבטיחה בלימת מנוע מדויקת.

בלימה רגנרטיבית מנוע DC פועל כאשר מחובר לרשת המנוע החשמלי מסובב על ידי מנגנון ההנעה במהירות העולה על מהירות הסרק האידיאלית. ואז ד.וכו' המושרה בפיתול המנוע יעלה על ערך מתח הקו, הזרם בפיתול המנוע יהפוך את הכיוון. מנוע חשמלי יוצא לעבוד במצב גנרטור, נותן אנרגיה לרשת. במקביל, מתרחש רגע בלימה על הפיר שלו. מצב כזה ניתן להשיג בכוננים של מנגנוני הרמה בעת הורדת העומס, כמו גם בעת ויסות מהירות המנוע ובמהלך תהליכי בלימה בכוננים חשמליים עם זרם ישר.

בלימה רגנרטיבית של מנוע DC היא השיטה החסכונית ביותר, שכן במקרה זה החשמל מוחזר לרשת. בהנעה חשמלית של מכונות חיתוך מתכת, שיטה זו משמשת לבקרת מהירות במערכות G — DPT ו- EMU — DPT.

עצירת מנוע DC האופוזיציה נעשית על ידי שינוי הקוטביות של המתח והזרם בפיתול האבזור. כאשר זרם האבזור יוצר אינטראקציה עם השדה המגנטי של סליל העירור, נוצר מומנט בלימה, שיורד ככל שמהירות הסיבוב של המנוע החשמלי פוחתת. כאשר מהירות מנוע חשמלי יורדת לאפס, יש לנתק את המנוע החשמלי מהרשת, אחרת הוא יתחיל להסתובב בכיוון ההפוך.