Motor DC

Motori DC u shpik përpara llojeve të tjera të makinave që konvertojnë energjinë elektrike në energji mekanike. Megjithëse motorët AC janë bërë më të njohurit kohët e fundit, ka aplikacione ku nuk ka alternativë për motorët DC.

Motor DC dhe AC

Historia e shpikjes

Motor elektrik Jacobi.

Për të kuptuar parimin e funksionimit të motorëve elektrikë DC (motorë DC), ne i drejtohemi historisë së krijimit të tij. Pra, dëshmia e parë eksperimentale që energjia elektrike mund të shndërrohet në energji mekanike u demonstrua nga Michael Faraday. Në 1821, ai kreu një eksperiment me një përcjellës të ulur në një enë të mbushur me merkur, në fund të së cilës kishte një magnet të përhershëm. Pas aplikimit të energjisë elektrike në përcjellës, ai filloi të rrotullohej rreth magnetit, duke demonstruar reagimin e tij ndaj fushës magnetike të pranishme në enë. Eksperimenti i Faradeit nuk gjeti zbatim praktik, por vërtetoi mundësinë e krijimit të makinave elektrike dhe dha shkas për zhvillimin e elektromekanikës.

Motori i parë elektrik DC, i cili bazohej në parimin e rrotullimit të pjesës lëvizëse (rotorit), u krijua nga fizikani mekanik rus Boris Semenovich Jacobi në 1834. Kjo pajisje funksiononte si më poshtë:


Parimi i përshkruar u përdor në një motor që Jacobi instaloi në një varkë me 12 pasagjerë në 1839. Anija po lëvizte me vrull me një shpejtësi prej 3 km/h kundër rrymës (sipas burimeve të tjera - 4.5 km/h), por kaloi me sukses lumin dhe zbarkoi pasagjerët në breg. Një bateri me 320 qeliza galvanike u përdor si burim energjie dhe lëvizja u krye duke përdorur rrotat e vozitjes.

Studimi i mëtejshëm i çështjes i shtyu studiuesit të zgjidhin një sërë pyetjesh në lidhje me burimet e energjisë më të mira për t'u përdorur, si të përmirësojnë performancën e tij dhe të optimizojnë dimensionet e tij.

Në 1886, Frank Julian Sprague projektoi për herë të parë një motor elektrik me rrymë të drejtpërdrejtë, të ngjashëm në dizajn me ato që përdoren sot. Ai zbatoi parimin e vetë-ngacmimit dhe parimin e kthyeshmërisë së makinës elektrike. Deri në këtë kohë, të gjithë motorët e këtij lloji kanë kaluar në energji nga një burim më i përshtatshëm - një gjenerator DC.

Asambleja e kolektorit të furçës siguron lidhjen elektrike të qarkut të rotorit me qarqet e vendosura në pjesën e palëvizshme të makinës

Pajisja dhe parimi i funksionimit

Në DPT moderne, përdoret i njëjti parim i ndërveprimit të një përcjellësi të ngarkuar me një fushë magnetike. Me përmirësimin e teknologjisë, pajisja plotësohet vetëm me disa elementë që përmirësojnë performancën. Për shembull, në ditët e sotme magnetët e përhershëm përdoren vetëm në motorët me fuqi të ulët, sepse në makinat e mëdha do të merrnin shumë hapësirë.

Parimi themelor

Prototipet fillestare të motorëve të këtij lloji ishin dukshëm më të thjeshta se pajisjet moderne. Pajisja e tyre primitive përfshinte vetëm një stator prej dy magnetesh dhe një armaturë me mbështjellje në të cilën aplikohej rryma. Duke studiuar parimin e ndërveprimit të fushave magnetike, projektuesit përcaktuan algoritmin e mëposhtëm të funksionimit të motorit:

  1. Furnizimi me energji elektrike krijon një fushë elektromagnetike në mbështjelljet e armaturës.
  2. Polet e fushës elektromagnetike zmbrapsen nga të njëjtat pole të fushës së magnetit të përhershëm.
  3. Armatura, së bashku me boshtin në të cilin është ngjitur, rrotullohet në përputhje me fushën e neveritshme të mbështjelljes.

Ky algoritëm funksionoi në mënyrë të përsosur në teori, por në praktikë, krijuesit e motorëve të parë u përballën me probleme specifike që penguan funksionimin e makinës:

  • Pozicioni i vdekur nga i cili motori nuk mund të ndizet - kur shtyllat janë saktësisht të orientuara përballë njëri-tjetrit.
  • Pamundësia për të nisur për shkak të rezistencës së fortë ose zmbrapsjes së dobët të shtyllave.
  • Rotori ndalon pas një rrotullimi. Kjo për faktin se pasi kaloi gjysmën e rrethit, tërheqja e magnetit nuk u përshpejtua, por ngadalësoi rrotullimin e rotorit.

Zgjidhja e problemit të parë u gjet mjaft shpejt - për këtë u propozua të përdoreshin më shumë se dy magnet. Më vonë, disa dredha-dredha dhe një montim furçë kolektori u përfshinë në pajisjen motorike, e cila furnizonte energji vetëm për një palë mbështjellje në një moment të caktuar kohor.

Sistemi i furnizimit me rrymë kolektor-brushë zgjidh gjithashtu problemin e frenimit të rotorit - ndërrimi i polaritetit ndodh deri në momentin kur rrotullimi i rotorit fillon të ngadalësohet. Kjo do të thotë që gjatë një rrotullimi të motorit ka të paktën dy përmbysje të polaritetit.

Problemi i rrymave të ulëta të hyrjes diskutohet më poshtë në një seksion të veçantë.

Dizajn

Pra, një magnet i përhershëm është i fiksuar në strehimin e motorit, duke formuar me të një stator, brenda të cilit ndodhet rotori. Pasi të aplikohet fuqia në mbështjelljen e armaturës, lind një fushë elektromagnetike që ndërvepron me fushën magnetike të statorit, kjo çon në rrotullimin e rotorit, i cili është montuar në mënyrë të ngurtë në bosht. Për të transferuar rrymën elektrike nga burimi në armaturë, motori është i pajisur me një montim kolektor-brushë, i përbërë nga:

  1. Koleksionist. Është një unazë kolektori rrymë prej disa seksionesh të ndara nga një material dielektrik, i lidhur me mbështjelljet e armaturës dhe i montuar drejtpërdrejt në boshtin e motorit.
  2. Furça grafiti. Ata mbyllin qarkun midis kolektorit dhe burimit të energjisë duke përdorur furça që shtypen kundër jastëkëve të kontaktit të kolektorit me susta me presion.

Mbështjelljet e armaturës lidhen në njërin skaj me njëri-tjetrin, dhe në skajin tjetër me seksionet e kolektorit, duke formuar kështu një qark përgjatë të cilit rrjedh rryma përgjatë rrugës së mëposhtme: furçë hyrëse -> dredha-dredha e rotorit -> furçë dalëse.

Diagrami i qarkut të dhënë (Fig. 3) tregon parimin e funksionimit të një motori primitiv DC me një kolektor prej dy seksionesh:

  1. Në këtë shembull, ne do të shqyrtojmë pozicionin fillestar të rotorit siç tregohet në diagram. Pra, pasi energjia furnizohet në furçën e poshtme, të shënuar me një "+", rryma rrjedh nëpër dredha-dredha dhe krijon një fushë elektromagnetike rreth saj.
  2. Sipas rregullit të gimletit, poli verior i spirancës formohet në pjesën e poshtme majtas, kurse poli jugor në të djathtën e sipërme. Duke qenë të vendosura pranë poleve të statorit me të njëjtin emër, ata fillojnë të zmbrapsen, duke vënë në këtë mënyrë rotorin në lëvizje, i cili vazhdon derisa polet e kundërta të jenë në një distancë minimale nga njëri-tjetri, domethënë të vijnë në pozicionin përfundimtar (Fig. 1).
  3. Dizajni i kolektorit në këtë fazë do të rezultojë në një ndryshim të polaritetit në mbështjelljet e armaturës. Si rezultat i kësaj, polet e fushave magnetike do të jenë përsëri në distancë të afërt dhe do të fillojnë të zmbrapsen.
  4. Rotori bën një revolucion të plotë dhe kolektori e kthen përsëri polaritetin, duke vazhduar lëvizjen e tij.

Pjesë Motor DC

Këtu, siç u përmend tashmë, demonstrohet parimi i funksionimit të një prototipi primitiv. Motorët e vërtetë përdorin më shumë se dy magnet, dhe komutatori përbëhet nga më shumë jastëkë kontakti, gjë që siguron rrotullim të qetë.

Në motorët me fuqi të lartë, përdorimi i magnetëve të përhershëm nuk është i mundur për shkak të madhësisë së tyre të madhe. Një alternativë për ta është një sistem i disa shufrave përcjellëse, secila prej të cilave ka dredha-dredha e vet të lidhur me zbarrat e furnizimit. Polet me të njëjtin emër përfshihen në rrjet në seri. Nga 1 deri në 4 palë shtylla mund të jenë të pranishme në trup, dhe numri i tyre duhet të korrespondojë me numrin e furçave të grumbullimit të rrymës në kolektor.

Motorët elektrikë të projektuar për fuqi të lartë kanë një sërë avantazhesh funksionale ndaj homologëve të tyre "më të lehtë". Për shembull, rregullimi lokal i furçave të grumbullimit të rrymës i rrotullon ato në një kënd të caktuar në lidhje me boshtin për të kompensuar frenimin e boshtit, i quajtur "reagimi i armaturës".

Rrymat e fillimit

Pajisja graduale e rotorit të motorit me elementë shtesë që sigurojnë funksionimin e tij të pandërprerë dhe përjashtojnë frenimin sektorial, lind problemi i fillimit të tij. Por e gjithë kjo rrit peshën e rotorit - duke marrë parasysh rezistencën e boshtit, bëhet më e vështirë ta shtyni atë nga vendi i tij. Zgjidhja e parë për këtë problem që vjen në mendje mund të jetë rritja e rrymës së furnizuar në fillim, por kjo mund të çojë në pasoja të pakëndshme:

  • ndërprerësi i linjës nuk do t'i rezistojë rrymës dhe do të fiket;
  • telat e dredha-dredha do të digjen nga mbingarkesa;
  • sektorët e ndërrimit në kolektor do të saldohen nga mbinxehja.

Prandaj, një vendim i tillë mund të quhet më tepër një gjysmë masë e rrezikshme.

Në përgjithësi, ky problem është disavantazhi kryesor i motorëve DC, por përfshin avantazhin e tyre kryesor, për shkak të të cilit ata janë të domosdoshëm në disa zona. Ky avantazh qëndron në transferimin e drejtpërdrejtë të çift rrotullues menjëherë pas fillimit - boshti (nëse fillon të lëvizë) do të rrotullohet me çdo ngarkesë. Motorët AC nuk janë të aftë për këtë.

Deri më tani, ky problem nuk është zgjidhur plotësisht. Deri më sot, për të nisur motorë të tillë, përdoret një startues automatik, parimi i funksionimit të të cilit është i ngjashëm me një kuti ingranazhi automobilistik:

  1. Së pari, rryma gradualisht rritet në vlerën fillestare.
  2. Pas "zhvendosjes" nga vendi, vlera aktuale bie ndjeshëm dhe përsëri ngrihet pa probleme "duke rregulluar rrotullimin e boshtit".
  3. Pas rritjes në vlerën kufitare, forca aktuale zvogëlohet përsëri dhe "rregullohet".

Ky cikël përsëritet 3-5 herë (Fig. 4) dhe zgjidh nevojën e ndezjes së motorit pa shfaqjen e ngarkesave kritike në rrjet. Në fakt, nuk ka ende një fillim "të butë", por pajisjet funksionojnë në mënyrë të sigurt, dhe avantazhi kryesor i motorit DC - çift rrotullimi - ruhet.

Diagramet e instalimeve elektrike

Lidhja e një motori DC është disi më e vështirë sesa me motorët me një specifikim AC.

Motorët me fuqi të lartë dhe të mesme, si rregull, kanë dredha-dredha speciale të fushës (OB) dhe kontakte të armaturës të vendosura në kutinë e terminalit. Më shpesh, voltazhi i daljes së burimit aplikohet në armaturë, dhe rryma, si rregull, e rregulluar nga një reostat, aplikohet në OB. Shpejtësia e rrotullimit të motorit varet drejtpërdrejt nga forca e rrymës së aplikuar në mbështjelljen e ngacmimit.

Ekzistojnë tre skema kryesore për ndezjen e armaturës dhe mbështjelljes së ngacmimit të motorëve DC:

  1. Ngacmimi i serisë përdoret në motorët që kërkojnë një rrymë të madhe në fillim (automjete elektrike, pajisje me qira, etj.). Kjo skemë parashikon lidhjen serike të OF dhe armaturës me burimin. Pas aplikimit të tensionit, rrymat me të njëjtën madhësi kalojnë nëpër mbështjelljet e armaturës dhe OB. Duhet të kihet parasysh se ulja e ngarkesës në bosht edhe me një të katërtën me ngacmim vijues do të çojë në një rritje të mprehtë të shpejtësisë, gjë që mund të çojë në prishja e motorit, prandaj ky qark përdoret në kushte të ngarkesës konstante.
  2. Ngacmimi paralel përdoret në motorët që sigurojnë funksionimin e veglave të makinerive, tifozëve dhe pajisjeve të tjera që nuk ushtrojnë një ngarkesë të lartë në bosht në momentin e fillimit. Në këtë qark, një dredha-dredha e pavarur përdoret për të ngacmuar OF, e cila më së shpeshti rregullohet nga një reostat.
  3. Ngacmimi i pavarur është shumë i ngjashëm me ngacmimin paralel, por në këtë rast, një burim i pavarur përdoret për të furnizuar energjinë në OB, i cili eliminon shfaqjen e një lidhjeje elektrike midis armaturës dhe mbështjelljes së ngacmimit.

Në motorët elektrikë modernë DC, qarqet e përziera mund të përdoren bazuar në tre të përshkruara.

Rregullimi i shpejtësisë së rrotullimit

Mënyra për të rregulluar shpejtësinë e DPT varet nga skema e lidhjes së saj:

  1. Në motorët me ngacmim paralel, një ulje e shpejtësisë në raport me vlerën nominale mund të bëhet duke ndryshuar tensionin e armaturës dhe një rritje duke dobësuar rrjedhën e ngacmimit. Për të rritur shpejtësinë (jo më shumë se 4 herë në lidhje me vlerën nominale), një reostat shtohet në qarkun OB.
  2. Me ngacmim serik, rregullimi kryhet lehtësisht nga një rezistencë e ndryshueshme në qarkun e armaturës. Vërtetë, kjo metodë është e përshtatshme vetëm për uljen e shpejtësisë dhe vetëm në raporte 1:3 ose 1:2 (përveç kësaj, kjo çon në humbje të mëdha në reostat). Rritja kryhet duke përdorur një reostat rregullues në qarkun OB.

Këto qarqe përdoren rrallë në pajisjet moderne të teknologjisë së lartë, pasi ato kanë një gamë të ngushtë rregullimi dhe disavantazhe të tjera. Në ditët e sotme, qarqet e kontrollit elektronik po krijohen gjithnjë e më shumë për këto qëllime.

Duke u kthyer mbrapsht

Për të kthyer (mbrapsht) rrotullimin e një motori DC, duhet:

  • me ngacmim serik - thjesht ndryshoni polaritetin e kontakteve të hyrjes;
  • me ngacmim të përzier dhe paralel - është e nevojshme të ndryshohet drejtimi i rrymës në mbështjelljen e armaturës; këputja e OF mund të çojë në një rritje kritike të forcës elektromotore të injektuar dhe në prishje të izolimit të telit.

Fusha e zbatimit

Siç e keni kuptuar tashmë, përdorimi i motorëve DC këshillohet në kushtet kur një lidhje e përhershme e pandërprerë me rrjetin nuk është e realizueshme. Një shembull i mirë këtu është një motor motori që shtyn një motor me djegie të brendshme "nga një vend", ose lodrat e fëmijëve me një motor. Në këto raste, bateritë përdoren për të ndezur motorin. Për qëllime industriale, DPT-të përdoren në mullinjtë e petëzimit.

Fusha kryesore e aplikimit të DPT është transporti elektrik. Anijet me avull, lokomotivat elektrike, tramvajet, trolejbusët dhe të tjera të ngjashme kanë një rezistencë shumë të madhe nisjeje, e cila mund të kapërcehet vetëm me ndihmën e motorëve DC me karakteristikat e tyre të buta dhe kufijtë e gjerë të rregullimit të rrotullimit. Duke pasur parasysh zhvillimin e shpejtë dhe popullarizimin e teknologjive të transportit mjedisor, fushëveprimi i DPT-së po rritet vetëm.

Montimi më i thjeshtë i kolektorit të furçës

Avantazhet dhe disavantazhet

Duke përmbledhur të gjitha sa më sipër, është e mundur të përshkruhen avantazhet dhe disavantazhet karakteristike të motorëve DC në lidhje me homologët e tyre të krijuar për të funksionuar në AC.

Përparësitë kryesore:

  • DCT-të janë të domosdoshëm në situatat kur nevojitet një çift rrotullues i fortë fillestar;
  • shpejtësia e rrotullimit të armaturës është lehtësisht e rregullueshme;
  • Motori DC është një makinë elektrike universale, domethënë mund të përdoret si gjenerator.

Disavantazhet kryesore:

  • DPT-të kanë një kosto të lartë prodhimi;
  • përdorimi i një asambleje kolektori furçash çon në nevojën për mirëmbajtje dhe riparim të shpeshtë;
  • Kërkon një furnizim me energji DC ose ndreqës për të funksionuar.

Motorët elektrikë DC, natyrisht, humbasin ndaj homologëve të tyre "të ndryshueshëm" për sa i përket kostos dhe besueshmërisë, megjithatë, ato përdoren dhe do të përdoren, pasi avantazhet e përdorimit të tyre në zona të caktuara kalojnë kategorikisht të gjitha disavantazhet.

Ne ju rekomandojmë të lexoni