Līdzstrāvas motors

Līdzstrāvas motors tika izgudrots pirms cita veida mašīnām, kas pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Lai gan maiņstrāvas motori pēdējā laikā ir kļuvuši populārākie, ir pielietojumi, kuros līdzstrāvas motoriem nav alternatīvas.

Līdzstrāvas un maiņstrāvas motors

Izgudrojumu vēsture

Jacobi elektromotors.

Lai izprastu līdzstrāvas elektromotoru (līdzstrāvas motoru) darbības principu, pievēršamies tā tapšanas vēsturei. Tātad pirmos eksperimentālos pierādījumus tam, ka elektrisko enerģiju var pārvērst mehāniskajā enerģijā, demonstrēja Maikls Faradejs. 1821. gadā viņš veica eksperimentu ar vadītāju, kas tika nolaists ar dzīvsudrabu piepildītā traukā, kura apakšā atradās pastāvīgais magnēts. Pēc elektrības pieslēgšanas vadītājam tas sāka griezties ap magnētu, demonstrējot savu reakciju uz traukā esošo magnētisko lauku. Faradeja eksperiments neatrada praktisku pielietojumu, bet pierādīja elektrisko mašīnu radīšanas iespēju un radīja elektromehānikas attīstību.

Pirmo līdzstrāvas elektromotoru, kura pamatā bija kustīgās daļas (rotora) rotācijas princips, 1834. gadā izveidoja krievu mehāniskais fiziķis Boriss Semenovičs Jakobijs. Šī ierīce darbojās šādi:


Aprakstītais princips tika izmantots dzinējā, ko Jacobi uzstādīja laivai ar 12 pasažieriem 1839. gadā. Kuģis saraustīti pārvietojās ar ātrumu 3 km/h pret straumi (pēc citiem avotiem - 4,5 km/h), taču veiksmīgi šķērsoja upi un izsēdināja krastā pasažierus. Kā barošanas avots tika izmantots akumulators ar 320 galvaniskajiem elementiem, un kustība tika veikta, izmantojot lāpstiņas.

Turpmāka jautājuma izpēte lika pētniekiem atrisināt virkni jautājumu par to, kurus enerģijas avotus vislabāk izmantot, kā uzlabot tā veiktspēju un optimizēt tā izmērus.

1886. gadā Frenks Džulians Sprags pirmo reizi izstrādāja līdzstrāvas elektromotoru, kas pēc konstrukcijas ir līdzīgs mūsdienās izmantotajiem. Tas ieviesa pašiedvesmas principu un elektriskās mašīnas atgriezeniskuma principu. Līdz šim laikam visi šāda veida dzinēji ir pārslēgušies uz jaudu no piemērotāka avota - līdzstrāvas ģeneratora.

Birstes kolektora komplekts nodrošina rotora ķēdes elektrisko savienojumu ar ķēdēm, kas atrodas mašīnas stacionārajā daļā

Ierīce un darbības princips

Mūsdienu DPT tiek izmantots tāds pats uzlādēta vadītāja mijiedarbības princips ar magnētisko lauku. Uzlabojoties tehnoloģijām, ierīce ir tikai papildināta ar dažiem elementiem, kas uzlabo veiktspēju. Piemēram, mūsdienās pastāvīgos magnētus izmanto tikai mazjaudas motoros, jo lielās mašīnās tie aizņemtu pārāk daudz vietas.

Pamatprincips

Sākotnējie šāda veida dzinēju prototipi bija ievērojami vienkāršāki par mūsdienu ierīcēm. Viņu primitīvajā ierīcē bija tikai divu magnētu stators un armatūra ar tinumiem, kuriem tika pievadīta strāva. Izpētot magnētisko lauku mijiedarbības principu, dizaineri noteica šādu dzinēja darbības algoritmu:

  1. Strāvas padeve rada elektromagnētisko lauku uz armatūras tinumiem.
  2. Elektromagnētiskā lauka stabi tiek atgrūsti no tiem pašiem pastāvīgā magnēta lauka poliem.
  3. Armatūra kopā ar vārpstu, uz kuras tā ir piestiprināta, griežas saskaņā ar tinuma atgrūšanas lauku.

Šis algoritms teorētiski darbojās lieliski, taču praksē pirmo dzinēju veidotāji saskārās ar īpašām problēmām, kas neļāva mašīnai darboties:

  • Mirušais stāvoklis, no kura nevar iedarbināt dzinēju - kad stabi ir precīzi orientēti viens pret otru.
  • Nespēja startēt spēcīgas pretestības vai vājas stabu atgrūšanas dēļ.
  • Rotors apstājas pēc viena apgrieziena. Tas ir saistīts ar faktu, ka, izbraucot pusi apļa, magnēta pievilkšanās nevis paātrinājās, bet gan palēnināja rotora griešanos.

Pirmās problēmas risinājums tika atrasts diezgan ātri - šim nolūkam tika ierosināts izmantot vairāk nekā divus magnētus. Vēlāk motora ierīcē tika iekļauti vairāki tinumi un kolektora-birstes komplekts, kas noteiktā brīdī piegādāja strāvu tikai vienam tinumu pārim.

Kolektora-birstes strāvas padeves sistēma atrisina arī rotora bremzēšanas problēmu - polaritātes pārslēgšana notiek līdz brīdim, kad rotora rotācija sāk palēnināties. Tas nozīmē, ka viena motora apgrieziena laikā notiek vismaz divas polaritātes maiņas.

Zemu ieslēgšanas strāvu problēma ir aplūkota tālāk atsevišķā sadaļā.

Dizains

Tātad uz motora korpusa ir piestiprināts pastāvīgais magnēts, veidojot ar to statoru, kura iekšpusē atrodas rotors. Pēc tam, kad armatūras tinumam tiek pievadīta jauda, ​​rodas elektromagnētiskais lauks, kas mijiedarbojas ar statora magnētisko lauku, kas noved pie rotora rotācijas, kas ir stingri piestiprināts pie vārpstas. Lai pārsūtītu elektrisko strāvu no avota uz armatūru, dzinējs ir aprīkots ar kolektora-birstes komplektu, kas sastāv no:

  1. Kolekcionārs. Tas ir strāvas savākšanas gredzens no vairākām sekcijām, kas atdalītas ar dielektrisku materiālu, savienotas ar armatūras tinumiem un uzstādītas tieši uz motora vārpstas.
  2. Grafīta otas. Tie aizver ķēdi starp kolektoru un strāvas avotu, izmantojot birstes, kuras ar spiediena atsperēm piespiež pret kolektora kontaktu paliktņiem.

Armatūras tinumi ir savienoti vienā galā savā starpā, bet otrā galā ar kolektora sekcijām, tādējādi veidojot ķēdi, pa kuru strāva plūst pa šādu maršrutu: ieejas birste -> rotora tinums -> izejas suka.

Dotajā shēmas shēmā (3. att.) ir parādīts primitīva līdzstrāvas motora darbības princips ar divu sekciju kolektoru:

  1. Šajā piemērā mēs apsvērsim rotora sākuma stāvokli, kā parādīts diagrammā. Tātad, pēc strāvas padeves apakšējā suka, kas apzīmēta ar “+”, strāva plūst caur tinumu un rada ap to elektromagnētisko lauku.
  2. Saskaņā ar karkasa likumu enkura ziemeļpols ir izveidots apakšējā kreisajā daļā, bet dienvidu pols - augšējā labajā pusē. Atrodoties netālu no tāda paša nosaukuma statora poliem, tie sāk atgrūst, tādējādi iedarbinot rotoru, kas turpinās, līdz pretējie poli atrodas minimālā attālumā viens no otra, tas ir, tie nonāk galīgajā pozīcijā (Zīm. 1).
  3. Kolektora konstrukcija šajā posmā radīs polaritātes maiņu uz armatūras tinumiem. Tā rezultātā magnētisko lauku stabi atkal atradīsies tuvā attālumā un sāks atgrūst.
  4. Rotors veic pilnīgu apgriezienu, un kolektors atkal maina polaritāti, turpinot kustību.

Līdzstrāvas motora daļas

Šeit, kā jau minēts, tiek demonstrēts primitīva prototipa darbības princips. Īstie motori izmanto vairāk nekā divus magnētus, un komutators sastāv no vairāk kontaktu paliktņiem, kas nodrošina vienmērīgu rotāciju.

Lieljaudas motoros pastāvīgo magnētu izmantošana nav iespējama to lielo izmēru dēļ. Alternatīva tiem ir vairāku vadošu stieņu sistēma, katram no kuriem ir savs tinums, kas savienots ar barošanas kopnēm. Tāda paša nosaukuma stabi ir iekļauti tīklā sērijveidā. Uz korpusa var būt no 1 līdz 4 stabu pāriem, un to skaitam jāatbilst kolektora strāvu savācēju suku skaitam.

Elektromotoriem, kas paredzēti lielai jaudai, ir vairākas funkcionālas priekšrocības salīdzinājumā ar "vieglākiem" līdziniekiem. Piemēram, lokālais strāvas savākšanas suku izvietojums pagriež tās noteiktā leņķī attiecībā pret vārpstu, lai kompensētu vārpstas bremzēšanu, ko sauc par "armatūras reakciju".

Starta strāvas

Motora rotora pakāpeniska aprīkošana ar papildu elementiem, kas nodrošina tā nepārtrauktu darbību un izslēdz sektorālo bremzēšanu, rodas tā palaišanas problēma. Bet tas viss palielina rotora svaru - ņemot vērā vārpstas pretestību, kļūst grūtāk to izstumt no vietas. Pirmais šīs problēmas risinājums, kas nāk prātā, var būt sākumā piegādātās strāvas palielināšana, taču tas var radīt nepatīkamas sekas:

  • līnijas ķēdes pārtraucējs neizturēs strāvu un izslēgsies;
  • tinumu vadi izdegs no pārslodzes;
  • pārslēgšanas sektori uz kolektora tiks sametināti no pārkaršanas.

Tāpēc šādu lēmumu var saukt par diezgan riskantu puspasākumu.

Kopumā šī problēma ir galvenais līdzstrāvas motoru trūkums, taču ietver to galveno priekšrocību, kuras dēļ dažās jomās tie ir neaizstājami. Šī priekšrocība slēpjas tiešā griezes momenta pārnešanā uzreiz pēc iedarbināšanas - vārpsta (ja tā sāks kustēties) griezīsies ar jebkuru slodzi. Maiņstrāvas motori to nespēj.

Līdz šim šī problēma nav pilnībā atrisināta. Līdz šim šādu dzinēju iedarbināšanai tiek izmantots automātiskais starteris, kura darbības princips ir līdzīgs automašīnas pārnesumkārbai:

  1. Pirmkārt, strāva pakāpeniski palielinās līdz sākuma vērtībai.
  2. Pēc “nobīdes” no vietas pašreizējā vērtība strauji pazeminās un atkal vienmērīgi paaugstinās “regulējot vārpstas griešanos”.
  3. Pēc paaugstināšanas līdz robežvērtībai strāvas stiprums atkal samazinās un “noregulējas”.

Šis cikls tiek atkārtots 3-5 reizes (4. att.) un atrisina nepieciešamību iedarbināt dzinēju bez kritiskām slodzēm tīklā. Faktiski joprojām nav "mīkstā" palaišanas, bet aprīkojums darbojas droši, un tiek saglabāta galvenā līdzstrāvas motora priekšrocība - griezes moments.

Elektroinstalācijas shēmas

Līdzstrāvas motora pievienošana ir nedaudz grūtāka nekā motoriem ar maiņstrāvas specifikāciju.

Lielas un vidējas jaudas motoriem, kā likums, spaiļu kārbā ir ievietoti speciāli lauka tinumi (OB) un armatūras kontakti. Visbiežāk avota izejas spriegums tiek pievadīts armatūrai, un strāva, kā likums, tiek regulēta ar reostatu, tiek pievadīta OB. Motora griešanās ātrums ir tieši atkarīgs no ierosmes tinumam pievadītās strāvas stipruma.

Līdzstrāvas motoru armatūras un ierosmes tinumu ieslēgšanai ir trīs galvenās shēmas:

  1. Secīgo ierosmi izmanto dzinējos, kuriem palaišanas brīdī nepieciešama liela strāva (elektriskie transportlīdzekļi, nomas aprīkojums utt.). Šī shēma nodrošina OF un armatūras seriālo savienojumu ar avotu. Pēc sprieguma pielikšanas caur armatūras tinumiem un OB iziet tāda paša lieluma strāvas. Jāpatur prātā, ka vārpstas slodzes samazināšana pat par ceturtdaļu ar secīgu ierosmi izraisīs strauju ātruma palielināšanos, kas var izraisīt dzinēja bojājums, tāpēc šī ķēde tiek izmantota pastāvīgas slodzes apstākļos.
  2. Paralēlā ierosme tiek izmantota motoros, kas nodrošina darbgaldu, ventilatoru un citu iekārtu darbību, kas iedarbināšanas brīdī nerada lielu slodzi uz vārpstu. Šajā shēmā OF ierosināšanai tiek izmantots neatkarīgs tinums, ko visbiežāk regulē reostats.
  3. Neatkarīga ierosme ir ļoti līdzīga paralēlai ierosmei, taču šajā gadījumā OB barošanai tiek izmantots neatkarīgs avots, kas novērš elektriskā savienojuma parādīšanos starp armatūru un ierosmes tinumu.

Mūsdienu līdzstrāvas elektromotoros var izmantot jauktās shēmas, pamatojoties uz trim aprakstītajiem.

Rotācijas ātruma regulēšana

DPT ātruma regulēšanas veids ir atkarīgs no tā savienojuma shēmas:

  1. Motoros ar paralēlu ierosmi apgriezienu skaitu attiecībā pret nominālo vērtību var samazināt, mainot armatūras spriegumu, un palielināt, vājinot ierosmes plūsmu. Lai palielinātu ātrumu (ne vairāk kā 4 reizes attiecībā pret nominālo vērtību), OB ķēdei tiek pievienots reostats.
  2. Ar sērijveida ierosmi regulēšanu viegli veikt ar mainīgu pretestību armatūras ķēdē. Tiesa, šī metode ir piemērota tikai ātruma samazināšanai un tikai attiecībās 1:3 vai 1:2 (turklāt tas rada lielus zudumus reostatā). Palielināšana tiek veikta, izmantojot regulēšanas reostatu OB ķēdē.

Šīs shēmas reti izmanto mūsdienu augsto tehnoloģiju iekārtās, jo tām ir šaurs regulēšanas diapazons un citi trūkumi. Mūsdienās šiem nolūkiem arvien vairāk tiek veidotas elektroniskās vadības shēmas.

Braukšana atpakaļgaitā

Lai mainītu (reversu) līdzstrāvas motora rotāciju, jums ir:

  • ar seriālo ierosmi - vienkārši mainiet ieejas kontaktu polaritāti;
  • ar jauktu un paralēlu ierosmi - ir jāmaina strāvas virziens armatūras tinumā; OF pārrāvums var izraisīt kritisku ievadītā elektromotora spēka palielināšanos un stieples izolācijas pārrāvumu.

Piemērošanas joma

Kā jūs jau sapratāt, līdzstrāvas motoru izmantošana ir ieteicama apstākļos, kad pastāvīgs nepārtraukts savienojums ar tīklu nav iespējams. Šeit labs piemērs ir auto starteris, kas "no vietas" stumj iekšdedzes dzinēju, vai bērnu rotaļlietas ar motoru. Šajos gadījumos dzinēja iedarbināšanai tiek izmantotas baterijas. Rūpnieciskiem nolūkiem DPT izmanto velmētavās.

Galvenā DPT pielietojuma joma ir elektriskais transports. Tvaikoņiem, elektrolokomotīvēm, tramvajiem, trolejbusiem un citiem līdzīgiem ir ļoti liela palaišanas pretestība, kuru var pārvarēt tikai ar līdzstrāvas motoru palīdzību ar to mīkstajām īpašībām un plašajām rotācijas regulēšanas robežām. Ņemot vērā vides transporta tehnoloģiju straujo attīstību un popularizēšanu, DPT apjoms tikai palielinās.

Vienkāršākā otas-savācēja montāža

Priekšrocības un trūkumi

Apkopojot visu iepriekš minēto, ir iespējams aprakstīt līdzstrāvas motoriem raksturīgās priekšrocības un trūkumus salīdzinājumā ar to kolēģiem, kas paredzēti darbam ar maiņstrāvu.

Galvenās priekšrocības:

  • DCT ir neaizstājami situācijās, kad ir nepieciešams spēcīgs palaišanas griezes moments;
  • armatūras griešanās ātrums ir viegli regulējams;
  • Līdzstrāvas motors ir universāla elektriskā mašīna, tas ir, to var izmantot kā ģeneratoru.

Galvenie trūkumi:

  • DPT ir augstas ražošanas izmaksas;
  • suku un kolektora komplekta izmantošana rada vajadzību pēc biežas apkopes un remonta;
  • Lai darbotos, ir nepieciešams līdzstrāvas barošanas avots vai taisngrieži.

Līdzstrāvas elektromotori, protams, zaudē saviem "mainīgajiem" kolēģiem izmaksu un uzticamības ziņā, tomēr tie tiek izmantoti un tiks izmantoti, jo to izmantošanas priekšrocības noteiktās jomās kategoriski izsvītro visus trūkumus.

Mēs iesakām lasīt