động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều được sử dụng trong các truyền động điện này, nơi cần có phạm vi điều khiển tốc độ lớn, độ chính xác cao để duy trì tốc độ quay của truyền động và điều khiển tốc độ trên tốc độ định mức.

Động cơ DC hoạt động như thế nào?

Hoạt động của động cơ điện một chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ… Từ những điều cơ bản của kỹ thuật điện, người ta biết rằng một dây dẫn mang dòng điện được đặt từ trường, lực xác định theo quy tắc trái tác dụng:

F = BIL,

trong đó I là cường độ dòng điện chạy qua ống dây, V là cảm ứng từ trường; L là chiều dài của dây.

Khi dây dẫn đi qua các đường sức từ của máy, nó sẽ cảm ứng suất điện động, liên quan đến dòng điện trong dây dẫn, hướng vào nó, do đó nó được gọi là ngược chiều hoặc ngược chiều (contra-d. d. s). Năng lượng điện trong động cơ được chuyển đổi thành năng lượng cơ học và được sử dụng một phần để làm nóng dây.

Về mặt cấu trúc, tất cả các động cơ điện DC bao gồm một cuộn cảm và một phần ứng được ngăn cách bởi một khe hở không khí.

Dòng điện một chiều của động cơ điện cuộn cảm dùng để tạo ra từ trường cố định của máy và bao gồm khung, các cực chính và cực bổ sung. Khung được sử dụng để cố định các cực chính và phụ và là một phần tử của mạch từ của máy. Các cuộn dây kích thích được đặt trên các cực chính được thiết kế để tạo ra từ trường của máy, trên các cực bổ sung - một cuộn dây đặc biệt để cải thiện điều kiện chuyển mạch.

Động cơ điện neo dòng điện một chiều bao gồm hệ thống từ tính được ghép từ các tấm riêng lẻ, cuộn dây công tác đặt trong các rãnh và nhà sưu tầm phục vụ cho cách tiếp cận dòng điện không đổi của cuộn dây làm việc.

Bộ góp là một xi lanh được đặt trên trục động cơ và được chọn từ từng người bạn một cách cô lập trên các tấm đồng. Bộ thu có các phần nhô ra, mà các phần cuối của các phần được hàn phần ứng cuộn dây. Việc thu thập dòng điện từ bộ thu được thực hiện bằng cách sử dụng chổi cung cấp tiếp xúc trượt với bộ thu. Bàn chải cố định trong giá đỡ bàn chải giữ chúng ở một vị trí nhất định và cung cấp áp lực bàn chải cần thiết lên bề mặt của bộ thu. Chổi và giá đỡ chổi được cố định trên thanh ngang, được nối với thân động cơ điện.

Chuyển mạch trong động cơ điện DC

Khi một động cơ điện đang chạy, các chổi DC trượt trên bề mặt của bộ thu quay chuyển tiếp từ tấm thu nhiệt này sang tấm thu nhiệt khác. Trong trường hợp này, các phần song song của cuộn dây phần ứng được bật và dòng điện trong chúng thay đổi. Sự thay đổi dòng điện xảy ra trong khi cuộn dây bị ngắn mạch bởi chổi than. Quá trình chuyển đổi này và các hiện tượng liên quan được gọi là giao hoán.

Tại thời điểm chuyển đổi, e được tạo ra trong phần ngắn mạch của cuộn dây dưới tác động của từ trường của chính nó. vân vân. v. tự cảm ứng. Kết quả e. vân vân. c. gây ra dòng điện bổ sung trong ngắn mạch, tạo ra mật độ dòng điện phân bố không đều trên bề mặt tiếp xúc của chổi than. Trường hợp này được coi là nguyên nhân chính khiến bộ thu hồ quang dưới bàn chải. Chất lượng của chuyển mạch được đánh giá bằng mức độ phát tia lửa bên dưới mép sau của chổi than và được xác định bởi thang đo mức độ phát tia lửa.

Các phương pháp kích từ động cơ điện một chiều

Bị kích thích bởi máy điện, tôi hiểu việc tạo ra từ trường trong chúng cần thiết cho hoạt động của động cơ điện... Mạch kích thích động cơ điện dòng điện một chiều thể hiện trong hình.

Mạch kích thích động cơ DC: a — độc lập, b — song song, c — nối tiếp, d — hỗn hợp

Theo phương pháp kích thích, động cơ điện DC được chia thành bốn nhóm:

1. Kích thích độc lập nơi cuộn dây kích thích NOV được cấp nguồn một chiều bên ngoài.

2. Với kích thích song song (shunt), trong đó cuộn dây kích thích SHOV được nối song song với nguồn cung cấp của cuộn dây phần ứng.

3. Với kích thích nối tiếp (nối tiếp), trong đó cuộn dây kích thích IDS được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.

4. Động cơ kích thích hỗn hợp (kết hợp) có IDS nối tiếp và SHOV song song của cuộn dây kích thích.

Các loại động cơ DC

Động cơ DC chủ yếu khác nhau về bản chất của kích thích. Động cơ có thể là kích thích độc lập, nối tiếp và hỗn hợp.Song song, sự phấn khích có thể bị bỏ qua. Ngay cả khi cuộn dây trường được kết nối với cùng một mạng mà từ đó mạch phần ứng được cung cấp, thì trong trường hợp này, dòng điện kích thích không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng, vì mạng cung cấp có thể được coi là mạng có công suất vô hạn và điện áp nó là vĩnh viễn.

Cuộn dây kích từ luôn được nối trực tiếp với lưới điện và do đó việc đưa thêm điện trở vào mạch phần ứng không ảnh hưởng đến chế độ kích từ. Các chi tiết cụ thể mà nó tồn tại với sự kích thích song song trong các máy phát điện, nó không thể ở đây.

Động cơ điện một chiều công suất thấp thường sử dụng kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Đồng thời, mạch bật động cơ được đơn giản hóa đáng kể, tiêu thụ đồng giảm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mặc dù tắt cuộn kích từ nhưng kích thước và trọng lượng của hệ thống từ tính không thấp hơn so với kích thích điện từ của máy.

Các thuộc tính của động cơ phần lớn được xác định bởi hệ thống của chúng. sự phấn khích.

Kích thước của động cơ càng lớn thì mô-men xoắn tự nhiên càng lớn và theo đó là công suất. Do đó, với tốc độ quay cao hơn và cùng kích thước, bạn có thể nhận được nhiều công suất động cơ hơn. Về vấn đề này, theo quy định, động cơ DC được thiết kế, đặc biệt là với công suất thấp ở tốc độ cao - 1000-6000 vòng / phút.

Tuy nhiên, bạn nên nhớ rằng tốc độ quay của các bộ phận làm việc của máy sản xuất thấp hơn đáng kể. Do đó, giữa động cơ và máy làm việc phải lắp hộp giảm tốc.Tốc độ động cơ càng cao, hộp số càng phức tạp và đắt tiền. Trong các cơ sở lắp đặt công suất cao, trong đó hộp số là một bộ phận đắt tiền, động cơ được thiết kế ở tốc độ thấp hơn đáng kể.

Cũng nên nhớ rằng hộp số cơ khí luôn gây ra một sai số đáng kể. Do đó, trong các cài đặt chính xác, nên sử dụng động cơ tốc độ thấp, có thể được kết nối trực tiếp với các cơ quan làm việc hoặc thông qua hộp số đơn giản nhất. Trong mối liên hệ này, cái gọi là động cơ có mô-men xoắn cao ở tốc độ quay thấp đã xuất hiện. Những động cơ này được sử dụng rộng rãi trong các máy cắt kim loại, nơi chúng được khớp nối với các thân dịch chuyển mà không có bất kỳ kết nối trung gian nào bằng vít bi.

Động cơ điện cũng khác nhau về thiết kế khi có các dấu hiệu liên quan đến điều kiện hoạt động của chúng. Đối với điều kiện bình thường, cái gọi là động cơ mở và được bảo vệ, phòng làm mát bằng không khí được sử dụng.

Không khí được thổi qua các ống dẫn của máy nhờ một quạt đặt trên trục động cơ. Động cơ kín được làm mát bằng bề mặt có vây bên ngoài hoặc luồng không khí bên ngoài được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. Cuối cùng, động cơ không khí nổ đặc biệt có sẵn.

Các yêu cầu cụ thể đối với thiết kế của động cơ được trình bày khi cần đảm bảo hiệu suất cao — dòng quá trình tăng tốc và giảm tốc nhanh chóng. Trong trường hợp này, động cơ phải có hình dạng đặc biệt — đường kính phần ứng nhỏ với chiều dài dài.

Để giảm độ tự cảm của cuộn dây, nó không được đặt trong các kênh mà trên bề mặt của phần ứng nhẵn.Cuộn dây được cố định bằng chất kết dính như nhựa epoxy. Với độ tự cảm cuộn dây thấp, điều cần thiết là cải thiện điều kiện chuyển mạch của bộ thu, không cần thêm cực, có thể sử dụng bộ thu có kích thước nhỏ hơn. Cái sau làm giảm thêm mômen quán tính của phần ứng động cơ.

Khả năng giảm quán tính cơ học thậm chí còn lớn hơn khi sử dụng phần ứng rỗng, là một hình trụ làm bằng vật liệu cách điện. Trên bề mặt của hình trụ này có một cuộn dây được tạo ra bằng cách in, dập hoặc vẽ trên một mẫu trên một máy đặc biệt. Cuộn dây được cố định bằng vật liệu kết dính.

Bên trong một hình trụ quay để tạo đường dẫn, cần có một lõi thép để cho từ thông đi qua. Trong các động cơ có phần ứng trơn và rỗng, do các khe hở trong mạch từ tăng lên do đưa cuộn dây và vật liệu cách điện vào chúng, lực từ hóa cần thiết để dẫn từ thông cần thiết tăng lên đáng kể. Theo đó, hệ thống từ tính phát triển hơn.

Động cơ quán tính thấp cũng bao gồm động cơ phần ứng đĩa. Đĩa trên đó cuộn dây được dán hoặc dán, làm bằng vật liệu cách điện mỏng không bị biến dạng, ví dụ như thủy tinh. Một hệ thống từ tính trong phiên bản lưỡng cực bao gồm hai kẹp, một trong số đó chứa các cuộn dây kích thích. Do cuộn dây phần ứng có độ tự cảm thấp, máy thường không có bộ thu nhiệt và dòng điện được loại bỏ bằng chổi than trực tiếp từ cuộn dây.

Cũng nên đề cập đến động cơ tuyến tính, không cung cấp chuyển động quay và tịnh tiến.Nó đại diện cho động cơ, hệ thống từ tính mà nó được đặt và các cực được gắn trên đường chuyển động của phần ứng và thân công nhân tương ứng của máy. Neo thường được thiết kế dưới dạng neo có quán tính thấp. Kích thước và chi phí của động cơ lớn, vì cần có một số lượng đáng kể cột điện để di chuyển dọc theo một đoạn đường nhất định.

Khởi động động cơ DC

Tại thời điểm ban đầu khởi động động cơ, phần ứng đứng yên và ngược chiều. vân vân. c.Điện áp trong phần ứng bằng 0 nên Ip = U/Rya.

Điện trở của mạch phần ứng nhỏ nên dòng khởi động vượt quá 10 - 20 lần hoặc hơn danh nghĩa. Điều này có thể gây ra đáng kể nỗ lực điện động lực học trong cuộn dây phần ứng và quá nhiệt của nó, do đó động cơ bắt đầu được sử dụng khởi động biến trở - điện trở hoạt động bao gồm trong mạch phần ứng.

Động cơ lên ​​đến 1 kW có thể được khởi động trực tiếp.

Giá trị điện trở của biến trở khởi động được chọn theo dòng khởi động cho phép của động cơ. Biến trở được chế tạo theo từng giai đoạn để cải thiện độ trơn tru khi khởi động động cơ điện.

Khi bắt đầu khởi động, toàn bộ điện trở của bộ biến trở được nhập. Khi tốc độ neo tăng lên, có một phản lực e. đ. s, hạn chế dòng điện khởi động.. Từng bước loại bỏ dần điện trở của biến trở ra khỏi mạch phần ứng, điện áp cung cấp cho phần ứng tăng lên.

Điều khiển tốc độ động cơ điện dòng điện một chiều

Tốc độ động cơ DC:

trong đó U là điện áp nguồn; Iya - dòng điện phần ứng; Ri là điện trở phần ứng của mạch; kc - hệ số đặc trưng cho hệ thống từ tính; F là từ thông của động cơ điện.

Từ công thức có thể thấy tốc độ quay của dòng điện một chiều động cơ điện có thể được điều chỉnh theo ba cách: bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ điện, thay đổi điện áp cung cấp cho động cơ điện và thay đổi điện trở trong mạch phần ứng. .

Hai phương pháp điều khiển đầu tiên được sử dụng rộng rãi nhất, phương pháp thứ ba hiếm khi được sử dụng: nó không kinh tế và tốc độ động cơ phụ thuộc đáng kể vào dao động tải. Các tính chất cơ học thu được được thể hiện trong hình.

Đặc tính cơ của động cơ DC với các phương pháp điều khiển tốc độ khác nhau

Đường in đậm là sự phụ thuộc tự nhiên của tốc độ vào mômen quay của trục, hay tương tự, vào dòng điện phần ứng. Đường thẳng với các đặc tính cơ học tự nhiên hơi lệch so với đường đứt nét nằm ngang. Sự sai lệch này được gọi là sự không ổn định, không cứng nhắc, đôi khi là thống kê. Một nhóm các đường thẳng không song song I tương ứng với điều chỉnh tốc độ bằng cách kích thích, các đường thẳng song song II thu được do thay đổi điện áp phần ứng, cuối cùng quạt III là kết quả của việc đưa điện trở hoạt động vào mạch phần ứng.

Độ lớn của dòng điện kích thích của động cơ DC có thể được điều khiển bằng biến trở hoặc bất kỳ thiết bị nào có điện trở có thể thay đổi độ lớn, chẳng hạn như bóng bán dẫn. Khi điện trở trong mạch tăng, cường độ dòng điện giảm, tốc độ động cơ tăng.Tại Khi từ thông yếu đi, các đặc tính cơ học cao hơn các đặc tính tự nhiên (nghĩa là cao hơn các đặc tính khi không có biến trở). Tốc độ động cơ tăng dẫn đến tăng tia lửa điện dưới chổi than. Ngoài ra, khi động cơ điện hoạt động với từ thông yếu, tính ổn định hoạt động của nó giảm, đặc biệt là với tải trục thay đổi. Do đó, giới hạn kiểm soát tốc độ theo cách này không vượt quá 1,25 - 1,3 lần so với danh nghĩa.

Điều chỉnh điện áp yêu cầu một nguồn dòng không đổi như máy phát điện hoặc bộ chuyển đổi. Quy định tương tự được sử dụng trong tất cả các hệ thống truyền động điện công nghiệp: máy phát điện - truyền động dòng điện một chiều (G - DPT), bộ khuếch đại máy điện - động cơ DC (EMU - DPT), bộ khuếch đại từ - động cơ DC (MU - DPT), bộ chuyển đổi thyristor — Động cơ một chiều (T — DPT).

Dừng động cơ điện dòng điện một chiều

Ba phương pháp phanh được sử dụng trong truyền động điện với động cơ điện DC: phanh động, tái tạo và phanh đối lập.

Hãm động năng động cơ điện một chiều được thực hiện bằng cách nối tắt cuộn dây phần ứng của động cơ hoặc bằng cách điện trở… Trong đó động cơ DC bắt đầu hoạt động như một máy phát điện, chuyển đổi năng lượng cơ học được lưu trữ thành năng lượng điện. Năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt trong điện trở mà cuộn dây phần ứng được đóng lại. Phanh động đảm bảo phanh động cơ chính xác.

Hãm tái sinh Động cơ DC thực hiện khi nối với nguồn điện động cơ được cơ cấu truyền động quay ở tốc độ vượt quá tốc độ không tải lý tưởng. Sau đó d.vv cảm ứng trong cuộn dây động cơ sẽ vượt quá giá trị điện áp đường dây, dòng điện trong cuộn dây động cơ sẽ đảo ngược hướng. Một động cơ điện hoạt động ở chế độ máy phát điện, cung cấp năng lượng cho mạng. Đồng thời, một khoảnh khắc phanh xảy ra trên trục của nó. Chế độ này có thể đạt được trong các bộ truyền động của cơ cấu nâng khi hạ tải, cũng như khi điều chỉnh tốc độ của động cơ và trong quá trình phanh trong các bộ truyền động điện có dòng điện một chiều.

Hãm tái sinh của động cơ DC là phương pháp kinh tế nhất, vì trong trường hợp này, điện được đưa trở lại lưới điện. Trong truyền động điện của máy cắt kim loại, phương pháp này được sử dụng để điều khiển tốc độ trong hệ thống G — DPT và EMU — DPT.

Việc dừng động cơ DC đối lập được thực hiện bằng cách thay đổi cực tính của điện áp và dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Khi dòng điện phần ứng tương tác với từ trường của cuộn dây kích thích, mômen hãm được tạo ra, mômen này giảm khi tốc độ quay của động cơ điện giảm. Khi tốc độ của động cơ điện giảm xuống 0, động cơ điện phải được ngắt kết nối khỏi mạng, nếu không nó sẽ bắt đầu quay theo hướng ngược lại.