Welke soorten motoren zijn er? Soorten elektromotoren. Asynchrone motoren

De werking van elke elektromotor is gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie. Een elektromotor bestaat uit een stationair deel - een stator (voor asynchrone en synchrone wisselstroommotoren) of een inductor (voor gelijkstroommotoren) en een bewegend deel - een rotor (voor asynchrone en synchrone wisselstroommotoren) of een anker (voor gelijkstroommotoren) . Permanente magneten worden vaak gebruikt als inductor op gelijkstroommotoren met laag vermogen.

Alle motoren kunnen grofweg in twee typen worden verdeeld:
DC-motoren
AC-motoren (asynchroon en synchroon)

DC-motoren

Deze motoren met een borstelcommutatoreenheid zijn:

Verzamelaar- een elektrisch apparaat waarbij de rotorpositiesensor en de stroomschakelaar in de wikkelingen hetzelfde apparaat zijn - een borstelcollectoreenheid.

Borstelloos- een gesloten elektromechanisch systeem bestaande uit een synchroon apparaat met een sinusoïdale verdeling van het magnetische veld in de spleet, een rotorpositiesensor, een coördinatenomzetter en een vermogensversterker. Een duurdere optie vergeleken met borstelmotoren.

AC-motoren

Synchronisch- een wisselstroommotor waarvan de rotor synchroon draait met het magnetische veld van de voedingsspanning. Deze motoren worden traditioneel gebruikt met een enorm vermogen (honderden kilowatt en meer).
Er zijn synchrone motoren met discrete hoekbeweging van de rotor - stappenmotoren. Daarin wordt deze positie van de rotor vastgelegd door stroom te leveren aan de overeenkomstige wikkelingen. De overgang naar een andere positie wordt bereikt door de voedingsspanning van sommige wikkelingen weg te halen en over te dragen naar andere wikkelingen van de motor.
Een ander type synchrone motor is een geschakelde reluctantiemotor, waarvan de voeding van de wikkelingen wordt gevormd met behulp van halfgeleiderelementen.

Asynchroon- een wisselstroommotor waarbij de rotorsnelheid verschilt van de frequentie van het magnetische torsieveld dat wordt gecreëerd door de voedingsspanning; de tweede naam voor asynchrone machines is inductie vanwege het feit dat de stroom in de rotorwikkeling wordt geïnduceerd door het roterende veld; van de stator. Asynchrone machines vormen nu een groot deel van de elektrische machines. Ze worden voornamelijk gebruikt in de vorm van elektromotoren en worden beschouwd als belangrijke omzetters van elektrische energie in mechanische energie, en asynchrone motoren met een eekhoornkooirotor worden voornamelijk gebruikt

Afhankelijk van het aantal fasen zijn motoren:

• eenfasig
• tweefasig
• drie fase

De meest populaire en meest gevraagde motoren die worden gebruikt in productie en huishoudens:

Eenfasige asynchrone kooiankermotor

De rotor van een dergelijke motor is, net als elke andere asynchrone motor met een eekhoornkooirotor, een cilindrische kern met groeven gevuld met aluminium, met onmiddellijk gegoten ventilatiebladen.
Zo'n rotor wordt een eekhoornkooirotor genoemd. Eenfasige motoren worden gebruikt in apparaten met een laag vermogen, waaronder kamerventilatoren of kleine pompen.

Tweefasige asynchrone kooiankermotor

Deze motoren hebben onder meer een eekhoornkooirotor en hun toepassing is zelfs breder dan die van enkelfasige motoren. Er zijn al wasmachines en diverse machines. Tweefasige motoren voor stroomvoorziening vanuit enkelfasige netwerken worden condensatormotoren genoemd, omdat een faseverschuivende condensator vaak als een essentieel onderdeel ervan wordt beschouwd.

Driefasige asynchrone motor met kooianker

De statorwikkelingen van een driefasige motor kunnen worden aangesloten volgens een “ster”- of “delta”-circuit, terwijl om de motor van stroom te voorzien volgens een “ster”-circuit een hogere spanning nodig is dan voor een “delta”-circuit. op de motor worden daarom 2 spanningen aangegeven, bijvoorbeeld: 127/220 of 220/380. Driefasige motoren zijn onmisbaar voor het aandrijven van diverse machines, lieren, cirkelzagen, kranen, etc.

Driefasige asynchrone motor met gewikkelde rotor

Door middel van borstels wordt onder meer driefasige wisselspanning aan de ringen geleverd en kan er zowel direct als via reostaten worden geschakeld. Uiteraard zijn motoren met een gewikkelde rotor duurder, al is hun startkoppel onder belasting veel hoger dan dat van motoren met een kooiankerrotor. Het is precies als gevolg van de toegenomen kracht en het enorme startkoppel dat dit type motor toepassing heeft gevonden in de aandrijving van liften en kranen, met andere woorden, waarbij het apparaat onder belasting start en niet bij stationair draaien, zoals bij motoren met een eekhoornkooirotor.

Een gelijkstroommotor (DCM) is een mechanisme dat de geleverde elektrische energie omzet in mechanische rotatie. De werking van het apparaat is gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische inductie - een Ampere-kracht werkt op een geleider die in een magnetisch veld is geplaatst: F = B*I*L, waarbij L de lengte van de geleider is, I de stroom die er doorheen vloeit de geleider, B is de inductie van het magnetische veld. Deze kracht geeft aanleiding tot een koppel, dat voor enkele praktische doeleinden kan worden gebruikt.

DC-motoren hebben de volgende voordelen:

• Eenvoud en betrouwbaarheid van ontwerp.
• Bijna lineaire verstelling en mechanische eigenschappen, wat zorgt voor gebruiksgemak.
• Groot startkoppel.
• Compacte afmetingen (vooral uitgesproken voor permanentmagneetmotoren).
• Mogelijkheid om hetzelfde mechanisme te gebruiken in zowel motor- als generatormodus.
• Het rendement bij volledige belasting is doorgaans 1-2% hoger dan dat van asynchrone en synchrone machines, en bij deellast kan het voordeel oplopen tot 15%.

Het grootste nadeel van deze apparaten zijn de hoge productiekosten. Het is ook de moeite waard om de noodzaak van regelmatig onderhoud van de commutator-borstelconstructie en een zekere beperking van de levensduur als gevolg van slijtage op te merken, maar bij moderne modellen zijn deze tekortkomingen vrijwel volledig geëgaliseerd.

Het is vermeldenswaard dat de mechanische kenmerken, en dus alle prestatie-indicatoren, grotendeels afhangen van het aansluitschema van de bekrachtigingswikkeling. Er zijn er in totaal vier:

Figuur 1. Asynchrone elektromotoren uit de AIRE-serie met een werkende condensator Excitatiemethoden: a - onafhankelijk, b - parallel, c - sequentieel, d - gemengd.

Toepassingsgebieden van DPT

Ondanks het feit dat de overgrote meerderheid van de elektrische netwerken wisselspanning levert, worden gelijkstroom-elektromotoren op zeer grote schaal gebruikt. Alle industriële aandrijvingen die een nauwkeurige toerentalregeling vereisen, worden namelijk op basis van DPT geïmplementeerd. Bovendien worden elektrische machines met permanente magneet, vanwege hun efficiëntie en hoge vermogensdichtheid, veel gebruikt in de defensie-industrie.

U moet echter niet denken dat u deze mechanismen niet persoonlijk bent tegengekomen. Het ontbreken van strikte maatbeperkingen leidt ertoe dat we ze vaak niet opmerken. In de auto-industrie worden bijvoorbeeld alleen gelijkstroom-elektromotoren gebruikt, en ondanks het verschil in vermogen worden ze in alle vrachtvoertuigen en speciale uitrustingen aangedreven door 24 volt, terwijl in personenauto's hun bedrijfsspanning 12 volt is. Ze ontvangen energie van een batterij of generator en zijn verantwoordelijk voor het positioneren van de stoelen, het bedienen van de spiegels, het omhoog en omlaag zetten van de ramen en het handhaven van de gewenste temperatuur in de cabine.

DC-elektromotoren kunnen echter ook zelf voertuigen aandrijven, en dit zijn niet alleen speelgoedritjes met een 12 volt-accu. Om te voelen hoe krachtig deze apparaten kunnen zijn, volstaat het om in de buurt van een passerende forensentrein te zijn, en de zachtheid en nauwkeurigheid van de snelheidsregeling wordt duidelijk gedemonstreerd door de soepele acceleratie van trolleybussen.

Deze elektromotoren worden veel gebruikt in zowel elektrisch vervoer (metro, trolleybussen, trams, elektrische voorstedelijke spoorwegen, elektrische locomotieven) als in hefinrichtingen (elektrische kranen).

Elektromotoren zijn machines die elektrische energie kunnen omzetten in mechanische energie. Afhankelijk van het type stroom dat wordt verbruikt, zijn ze onderverdeeld in AC- en DC-motoren. Dit artikel zal zich richten op de laatste, afgekort als DGT. Gelijkstroommotoren omringen ons elke dag. Ze zijn uitgerust met elektrisch gereedschap op batterijen, elektrische voertuigen, enkele industriële machines en nog veel meer.

Ontwerp en werkingsprincipe

De structuur van een DFC is vergelijkbaar met die van een synchrone AC-elektromotor; het verschil tussen beide zit alleen in het type stroom dat wordt verbruikt. De motor bestaat uit een stationair deel - een stator of inductor, een bewegend deel - een anker en een borstelcollectoreenheid. De inductor kan worden gemaakt in de vorm van een permanente magneet als de motor een laag vermogen heeft, maar vaker is deze uitgerust met een bekrachtigingswikkeling met twee of meer polen. Het anker bestaat uit een reeks geleiders (wikkelingen) die in groeven zijn bevestigd. Het eenvoudigste model van een DFC gebruikte slechts één magneet en een frame waar stroom doorheen ging. Dit ontwerp kan alleen worden beschouwd als een vereenvoudigd voorbeeld, terwijl het moderne ontwerp een verbeterde versie is die een complexere structuur heeft en de nodige kracht ontwikkelt.

Het werkingsprincipe van een DPT is gebaseerd op de wet van Ampere: als een geladen draadframe in een magnetisch veld wordt geplaatst, begint het te roteren. De stroom die er doorheen gaat, vormt zijn eigen magnetische veld om zich heen, dat bij contact met een extern magnetisch veld het frame zal gaan roteren. In het geval van één frame zal de rotatie doorgaan totdat het een neutrale positie inneemt, parallel aan het externe magnetische veld. Om het systeem in beweging te zetten, moet je nog een frame toevoegen. Bij moderne DPT's worden de frames vervangen door een armatuur met een set geleiders. Er wordt stroom op de geleiders toegepast, waardoor ze worden opgeladen, wat resulteert in een magnetisch veld rond het anker, dat begint te interageren met het magnetische veld van de veldwikkeling. Als gevolg van deze interactie roteert het anker onder een bepaalde hoek. Vervolgens vloeit de stroom naar de volgende geleiders, enz.
Om de ankergeleiders afwisselend op te laden, worden speciale borstels van grafiet of een koper-grafietlegering gebruikt. Ze spelen de rol van contacten die het elektrische circuit afsluiten met de aansluitingen van een paar geleiders. Alle aansluitingen zijn van elkaar geïsoleerd en gecombineerd tot een collectoreenheid - een ring van verschillende lamellen die zich op de as van de ankeras bevinden. Tijdens het draaien van de motor sluiten de contactborstels afwisselend de lamellen af, waardoor de motor gelijkmatig kan draaien. Hoe meer geleiders het anker heeft, hoe uniformer de DPT zal werken.

DC-motoren zijn onderverdeeld in:
— elektromotoren met onafhankelijke bekrachtiging;
— elektromotoren met zelfexcitatie (parallel, serieel of gemengd).
Het DPT-circuit met onafhankelijke bekrachtiging zorgt ervoor dat de bekrachtigingswikkeling en het anker op verschillende stroombronnen worden aangesloten, zodat ze niet elektrisch met elkaar zijn verbonden.
Parallelle excitatie wordt gerealiseerd door parallelle aansluiting van de inductor- en ankerwikkelingen op één stroombron. Deze twee typen motoren hebben sterke prestatiekenmerken. Hun rotatiesnelheid van de werkas is niet afhankelijk van de belasting en kan worden aangepast. Dergelijke motoren hebben toepassing gevonden in machines met variabele belastingen, waarbij het belangrijk is om de rotatiesnelheid van de as te regelen
Bij serie-excitatie zijn het anker en de veldwikkeling in serie geschakeld, zodat de waarde van de elektrische stroom hetzelfde is. Dergelijke motoren zijn "zachter" in gebruik, hebben een groter snelheidsregelbereik, maar vereisen een constante belasting van de as, anders kan de rotatiesnelheid een kritisch punt bereiken. Ze hebben een hoog startkoppel, wat het starten vergemakkelijkt, maar de rotatiesnelheid van de as is afhankelijk van de belasting. Ze worden gebruikt in elektrische voertuigen: in kranen, elektrische treinen en stadstrams.
Het gemengde type, waarbij één bekrachtigingswikkeling parallel met het anker is verbonden en de tweede in serie, is zeldzaam.

Korte geschiedenis van de schepping

M. Faraday werd een pionier in de geschiedenis van de creatie van elektromotoren. Hij was niet in staat een volwaardig werkmodel te creëren, maar hij was het die de ontdekking deed die dit mogelijk maakte. In 1821 voerde hij een experiment uit met behulp van een geladen draad die in kwik in een bad met daarin een magneet werd geplaatst. Bij interactie met een magnetisch veld begon de metalen geleider te draaien, waardoor de energie van de elektrische stroom werd omgezet in mechanisch werk. Wetenschappers uit die tijd werkten aan het creëren van een machine waarvan de werking op dit effect zou zijn gebaseerd. Ze wilden een motor krijgen die werkte volgens het zuigerprincipe, dat wil zeggen, zodat de werkas heen en weer beweegt.
In 1834 werd de eerste gelijkstroom-elektromotor gemaakt, die werd ontwikkeld en gemaakt door de Russische wetenschapper B. S. Jacobi. Hij was het die voorstelde om de heen en weer gaande beweging van de as te vervangen door zijn rotatie. In zijn model werkten twee elektromagneten met elkaar in wisselwerking, waarbij een as ronddraaide. In 1839 testte hij met succes een boot uitgerust met een DPT. De verdere geschiedenis van deze krachtbron is in wezen een verbetering van de Jacobi-motor.

Kenmerken van DBT

Net als andere typen elektromotoren is DPT betrouwbaar en milieuvriendelijk. In tegenstelling tot AC-motoren kan deze worden aangepast in een breed scala aan assnelheid en -frequentie, en is hij gemakkelijk te starten.
Een DC-motor kan zowel als motor als als generator worden gebruikt. Het is ook mogelijk om de draairichting van de as te veranderen door de richting van de stroom in het anker (voor alle typen) of in de veldwikkeling (voor motoren met sequentiële bekrachtiging) te veranderen.
De rotatiesnelheidsregeling wordt bereikt door een variabele weerstand op het circuit aan te sluiten. Bij sequentiële excitatie bevindt deze zich in het ankercircuit en maakt het mogelijk de snelheid te verlagen in verhoudingen van 2:1 en 3:1. Deze optie is geschikt voor apparatuur die lange perioden van inactiviteit heeft, omdat de reostaat tijdens bedrijf aanzienlijk opwarmt. Een snelheidsverhoging wordt verzekerd door een reostaat aan te sluiten op het bekrachtigingswikkelcircuit.
Voor shuntgewonden motoren worden ook reostaten in het ankercircuit gebruikt om de snelheid binnen 50% van de nominale waarden te verlagen. Door de weerstand in het bekrachtigingswikkelcircuit in te stellen, kunt u de snelheid tot 4 keer verhogen.
Het gebruik van reostaten gaat altijd gepaard met aanzienlijke warmteverliezen, dus in moderne motormodellen worden ze vervangen door elektronische circuits die snelheidsregeling mogelijk maken zonder noemenswaardige energieverliezen.
Het rendement van een DC-motor hangt af van zijn vermogen. Modellen met laag vermogen hebben een laag rendement, met een rendement van ongeveer 40%, terwijl motoren van 1000 kW een rendement tot 96% kunnen hebben.

Voor- en nadelen van DBT

De belangrijkste voordelen van DC-motoren zijn onder meer:
— eenvoud van ontwerp;
— bedieningsgemak;
— de mogelijkheid om de rotatiesnelheid van de as te regelen;
— gemakkelijk starten (vooral voor motoren met sequentiële bekrachtiging);
— mogelijkheid tot gebruik als generator;
- compacte afmetingen.
Gebreken:
- hebben een “zwakke schakel” - grafietborstels die snel verslijten, wat hun levensduur beperkt;
- hoge kosten;
— bij aansluiting op het netwerk hebben ze stroomgelijkrichters nodig.

Toepassingsgebied

DC-motoren worden veel gebruikt in de transportsector. Ze worden geïnstalleerd in trams, elektrische treinen, elektrische locomotieven, stoomlocomotieven, motorschepen, dumptrucks, kranen, enz. Daarnaast worden ze gebruikt in gereedschappen, computers, speelgoed en bewegende mechanismen. Ze zijn vaak te vinden op productiemachines, waar het nodig is om de snelheid van de werkas over een breed bereik te regelen.

De gelijkstroommotor is uitgevonden vóór andere soorten machines die elektrische energie omzetten in mechanische energie. Hoewel AC-motoren later de meest gebruikte motoren werden, zijn er toepassingen waarbij er geen alternatief is voor DC-motoren.

AC- en DC-motor

Geschiedenis van de uitvinding

Jacobi-elektromotor.

Om het werkingsprincipe van gelijkstroom-elektromotoren (DCM) te begrijpen, wenden we ons tot de geschiedenis van zijn creatie. Het eerste experimentele bewijs dat elektrische energie kan worden omgezet in mechanische energie werd dus gedemonstreerd door Michael Faraday. In 1821 voerde hij een experiment uit met een geleider die in een vat gevuld met kwik werd neergelaten, op de bodem waarvan zich een permanente magneet bevond. Nadat er elektriciteit op de geleider was aangebracht, begon deze rond de magneet te draaien, wat de reactie op het magnetische veld in het vat aantoonde. Het experiment van Faraday vond geen praktische toepassing, maar het bewees de mogelijkheid om elektrische machines te creëren en gaf aanleiding tot de ontwikkeling van elektromechanica.

De eerste elektrische gelijkstroommotor, die was gebaseerd op het rotatieprincipe van het bewegende deel (rotor), werd in 1834 gemaakt door de Russische mechanisch natuurkundige Boris Semenovich Jacobi. Dit apparaat werkte als volgt:

Het beschreven principe werd gebruikt in de motor die Jacobi in 1839 installeerde op een boot met twaalf passagiers. Het schip bewoog zich schokkerig met een snelheid van 3 km/u tegen de stroom in (volgens andere bronnen - 4,5 km/u), maar stak met succes de rivier over en zette passagiers aan land. Als krachtbron werd een batterij met 320 galvanische cellen gebruikt en de beweging werd uitgevoerd met behulp van schoepenwielen.

Verder onderzoek van dit probleem heeft ertoe geleid dat onderzoekers veel vragen hebben opgelost over welke energiebronnen het beste kunnen worden gebruikt, hoe de prestatiekenmerken ervan kunnen worden verbeterd en de afmetingen ervan kunnen worden geoptimaliseerd.

In 1886 ontwierp Frank Julian Sprague voor het eerst een gelijkstroom-elektromotor, vergelijkbaar met de huidige motoren. Het implementeerde het principe van zelfexcitatie en het principe van omkeerbaarheid van een elektrische machine. Op dit punt schakelden alle motoren van dit type over op stroom van een geschiktere bron: een gelijkstroomgenerator.

De borstelcommutatoreenheid zorgt voor een elektrische verbinding tussen het rotorcircuit en de circuits in het stationaire deel van de machine.

Ontwerp en werkingsprincipe

Moderne DC-transformatoren gebruiken hetzelfde principe van interactie van een geladen geleider met een magnetisch veld. Met de verbetering van de technologie wordt het toestel slechts aangevuld met enkele elementen die de prestaties verbeteren. Tegenwoordig worden permanente magneten bijvoorbeeld alleen gebruikt in motoren met een laag vermogen, omdat ze in grote apparaten te veel ruimte in beslag zouden nemen.

Het basisprincipe

De eerste prototypes van motoren van dit type waren merkbaar eenvoudiger dan moderne apparaten. Hun primitieve apparaat omvatte slechts een stator van twee magneten en een anker met wikkelingen waaraan stroom werd geleverd. Nadat ze het principe van de interactie van magnetische velden hadden bestudeerd, bepaalden de ontwerpers het volgende algoritme voor motorwerking:

1. Door de stroomtoevoer ontstaat er een elektromagnetisch veld op de ankerwikkelingen.
2. De polen van het elektromagnetische veld worden afgestoten van dezelfde polen van het permanente magneetveld.
3. Het anker roteert samen met de as waarop het is bevestigd in overeenstemming met het afstotende veld van de wikkeling.

Dit algoritme werkte in theorie perfect, maar in de praktijk werden de makers van de eerste motoren geconfronteerd met karakteristieke problemen die de werking van de machine belemmerden:

• Dode positie van waaruit de motor niet kan worden gestart - wanneer de polen precies tegenover elkaar staan.
• Onvermogen om te starten vanwege sterke weerstand of zwakke poolafstoting.
• De rotor stopt na één omwenteling. Dit komt door het feit dat na het passeren van de halve cirkel de aantrekkingskracht van de magneet niet versnelde, maar de rotatie van de rotor vertraagde.

Een oplossing voor het eerste probleem werd vrij snel gevonden - hiervoor werd voorgesteld om meer dan twee magneten te gebruiken. Later begon het motorontwerp verschillende wikkelingen en een commutator-borstelsamenstel te omvatten, dat op een bepaald moment slechts één paar wikkelingen van stroom voorzag.

Het stroomtoevoersysteem van de commutatorborstel lost ook het probleem van het rotorremmen op: de polariteit verandert totdat de rotorrotatie begint te vertragen. Dit betekent dat er tijdens één omwenteling van de motor minimaal twee polariteitsschakelaars optreden.

Het probleem van zwakke inschakelstromen wordt hieronder in een aparte sectie besproken.

Ontwerp

Er is dus een permanente magneet aan het motorhuis bevestigd en vormt samen daarmee een stator, waarin de rotor zich bevindt. Nadat de stroom is ingeschakeld, verschijnt er een elektromagnetisch veld op de ankerwikkeling, dat in wisselwerking staat met het magnetische veld van de stator. Dit leidt tot rotatie van de rotor, die stevig op de as is gemonteerd. Om elektrische stroom van de bron naar het anker over te brengen, is de motor uitgerust met een commutator-borstelsamenstel bestaande uit:

1. Verzamelaar. Het is een sleepring bestaande uit verschillende secties, gescheiden door diëlektrisch materiaal, verbonden met de ankerwikkelingen en rechtstreeks op de motoras gemonteerd.
2. Grafietborstels. Ze sluiten het circuit tussen de commutator en de stroombron met behulp van borstels die door drukveren tegen de contactvlakken van de commutator worden gedrukt.

De ankerwikkelingen zijn aan het ene uiteinde met elkaar verbonden en aan het andere uiteinde met de collectorsecties, waardoor een circuit wordt gevormd waar de stroom langs de volgende route doorheen vloeit: ingangsborstel -> rotorwikkeling -> uitgangsborstel.

Het gegeven schakelschema (Fig. 3) demonstreert het werkingsprincipe van een primitieve DC-elektromotor met een commutator uit twee secties:

1. In dit voorbeeld beschouwen we de startpositie van de rotor zoals weergegeven in het diagram. Dus nadat er stroom is toegepast op de onderste borstel, gemarkeerd met een "+" teken, stroomt er stroom door de wikkeling en ontstaat er een elektromagnetisch veld eromheen.
2. Volgens de boorregel wordt de noordpool van het anker linksonder gevormd en de zuidpool rechtsboven. Gelegen nabij de gelijknamige statorpolen beginnen ze af te stoten, waardoor de rotor in beweging wordt gezet, wat doorgaat totdat de tegenovergestelde polen zich op een minimale afstand van elkaar bevinden, dat wil zeggen dat ze hun uiteindelijke positie bereiken (Fig. 1) .
3. Het ontwerp van de commutator in dit stadium zal resulteren in omkering van de polariteit op de ankerwikkelingen. Als gevolg hiervan zullen de polen van de magnetische velden zich weer dichtbij elkaar bevinden en elkaar gaan afstoten.
4. De rotor maakt een volledige omwenteling en de commutator verandert opnieuw van polariteit en zet zijn beweging voort.

DC-motoronderdelen

Hier wordt, zoals reeds opgemerkt, het werkingsprincipe van een primitief prototype gedemonstreerd. Echte motoren gebruiken meer dan twee magneten en de commutator heeft meer pads om een ​​soepele rotatie te garanderen.

Bij motoren met hoog vermogen is het gebruik van permanente magneten vanwege hun grote afmetingen niet mogelijk. Een alternatief hiervoor is een systeem van verschillende geleidende staven, waarvan elk een eigen wikkeling heeft die is verbonden met de stroomrails. Polen met dezelfde naam zijn in serie met het netwerk verbonden. Er kunnen 1 tot 4 paar polen op de behuizing zitten, en hun aantal moet overeenkomen met het aantal stroomverzamelende borstels op de commutator.

Elektromotoren die zijn ontworpen voor een hoog vermogen hebben een aantal functionele voordelen ten opzichte van hun lichtere tegenhangers. De huidige verzamelborstels draaien ze hier bijvoorbeeld onder een bepaalde hoek ten opzichte van de as om het remmen van de as te compenseren, de zogenaamde ‘ankerreactie’.

Startstromen

Door de motorrotor geleidelijk uit te rusten met extra elementen die de ononderbroken werking ervan garanderen en sectoraal remmen elimineren, ontstaat het probleem van het starten ervan. Maar dit alles verhoogt het gewicht van de rotor - rekening houdend met de weerstand van de as, wordt het moeilijker om deze van zijn plaats te duwen. De eerste oplossing voor dit probleem die in je opkomt, kan het verhogen van de aan het begin geleverde stroom zijn, maar dit kan tot onaangename gevolgen leiden:

• de lijnbeveiligingsschakelaar is niet bestand tegen de stroom en wordt uitgeschakeld;
• de wikkeldraden zullen door overbelasting doorbranden;
• de schakelsectoren op het spruitstuk worden door oververhitting vastgelast.

Daarom kan een dergelijke beslissing nogal een riskante halve maatregel worden genoemd.

Over het algemeen is dit probleem het grootste nadeel van gelijkstroom-elektromotoren, maar het omvat ook hun belangrijkste voordeel, waardoor ze op sommige gebieden onmisbaar zijn. Het voordeel hiervan is de directe overdracht van koppel onmiddellijk na het opstarten - de as (als deze begint te bewegen) zal bij elke belasting draaien. AC-motoren zijn hiertoe niet in staat.

Het is nog niet mogelijk gebleken dit probleem volledig op te lossen. Tegenwoordig wordt voor het starten van dergelijke motoren een automatische starter gebruikt, waarvan het werkingsprincipe vergelijkbaar is met die van een autoversnellingsbak:

1. Eerst stijgt de stroom geleidelijk naar de startwaarde.
2. Na de "verschuiving" van de plaats daalt de huidige waarde scherp en stijgt weer soepel "door de rotatie van de as aan te passen."
3. Na het stijgen naar de maximale waarde wordt de stroomsterkte opnieuw verlaagd en “aangepast”.

Deze cyclus wordt 3-5 keer herhaald (Fig. 4) en lost de noodzaak op om de motor te starten zonder kritische belasting in het netwerk te veroorzaken. In feite is er nog steeds geen "zachte" start, maar de apparatuur werkt veilig en het belangrijkste voordeel van de gelijkstroommotor - koppel - blijft behouden.

Aansluitschema's

Het aansluiten van een DC-motor is wat ingewikkelder vergeleken met motoren met een AC-specificatie.

Motoren met hoog en gemiddeld vermogen hebben in de regel speciale contacten voor de veldwikkeling (OB) en het anker, geplaatst in de klemmenkast. Meestal wordt de uitgangsspanning van de bron aan het anker geleverd en wordt de stroom, in de regel geregeld door een reostaat, aan de OB geleverd. De rotatiesnelheid van de motor is rechtstreeks afhankelijk van de stroom die aan de veldwikkeling wordt geleverd.

Er zijn drie hoofdcircuits voor het aansluiten van het anker en de veldwikkeling van DC-motoren:

1. Serie-bekrachtiging wordt gebruikt bij motoren die bij de start een hoge stroomsterkte vereisen (elektrische voertuigen, huuruitrusting, enz.). Dit schema voorziet in een seriële verbinding van de OF en het anker met de bron. Nadat de spanning is aangelegd, gaan stromen van dezelfde grootte door het anker en de OF-wikkelingen. Er moet rekening mee worden gehouden dat het verminderen van de belasting op de as, zelfs met een kwart, bij serie-excitatie zal leiden tot een scherpe snelheidstoename, wat kan leiden tot een toename van de snelheid. tot motorstoring, daarom wordt dit circuit gebruikt onder constante belasting.
2. Parallelle bekrachtiging wordt gebruikt in motoren die zorgen voor de werking van werktuigmachines, ventilatoren en andere apparatuur die bij het opstarten geen hoge belasting op de as legt. In dit circuit wordt een onafhankelijke wikkeling, meestal geregeld door een reostaat, gebruikt om de OF te bekrachtigen.
3. Onafhankelijke excitatie lijkt sterk op parallelle excitatie, maar in dit geval wordt een onafhankelijke bron gebruikt om het OF-vermogen te leveren, waardoor het optreden van een elektrische verbinding tussen het anker en de excitatiewikkeling wordt geëlimineerd.

In moderne DC-elektromotoren kunnen gemengde circuits worden gebruikt op basis van de drie beschreven.

Rotatiesnelheid aanpassing

De methode voor het regelen van de snelheid van de DPT is afhankelijk van het aansluitschema:

1. Bij motoren met parallelle bekrachtiging kan een snelheidsverlaging ten opzichte van de nominale waarde worden bereikt door de ankerspanning te veranderen, en kan een verhoging worden gerealiseerd door de bekrachtigingsstroom te verzwakken. Om de snelheid te verhogen (niet meer dan 4 keer ten opzichte van de nominale waarde), wordt een reostaat aan het OF-circuit toegevoegd.
2. Bij serie-excitatie kan de aanpassing eenvoudig worden uitgevoerd door variabele weerstand in het ankercircuit. Toegegeven, deze methode is alleen geschikt voor het verlagen van de snelheid en alleen in verhoudingen van 1:3 of 1:2 (bovendien leidt dit tot grote verliezen in de reostaat). De verhoging wordt uitgevoerd met behulp van een regelreostaat in het OF-circuit.

Deze circuits worden zelden gebruikt in moderne hightechapparatuur omdat ze een smal instelbereik en andere nadelen hebben. Tegenwoordig worden voor deze doeleinden steeds vaker elektronische regelcircuits gemaakt.

Omkering

Om de rotatie van een DC-motor om te keren (omkeren) is het noodzakelijk:

• voor sequentiële excitatie wijzigt u eenvoudigweg de polariteit van de ingangscontacten;
• met gemengde en parallelle excitatie - het is noodzakelijk om de richting van de stroom in de ankerwikkeling te veranderen; breuk van de OF kan leiden tot een kritische toename van de gepompte elektromotorische kracht en het kapot gaan van de draadisolatie.

Toepassingsgebied

Zoals u al begrijpt, is het gebruik van DC-elektromotoren raadzaam in omstandigheden waarin een constante, ononderbroken verbinding met het netwerk niet haalbaar is. Een goed voorbeeld hiervan is een autostarter, die een verbrandingsmotor vanuit stilstand voortduwt, of kinderspeelgoed met een motor. In deze gevallen worden batterijen gebruikt om de motor te starten. Voor industriële doeleinden worden DPT's gebruikt in walserijen.

Het belangrijkste toepassingsgebied van DPT is elektrisch vervoer. Stoomschepen, elektrische locomotieven, trams, trolleybussen en andere soortgelijke hebben een zeer hoge startweerstand, die alleen kan worden overwonnen met behulp van gelijkstroommotoren met hun zachte eigenschappen en brede rotatielimieten. Rekening houdend met de snelle ontwikkeling en popularisering van milieutransporttechnologieën, wordt het toepassingsgebied van DPT alleen maar groter.

De eenvoudigste borstelopvangunit

Voor-en nadelen

Als we al het bovenstaande samenvatten, kunnen we de voor- en nadelen beschrijven die kenmerkend zijn voor DC-elektromotoren ten opzichte van hun tegenhangers die zijn ontworpen om op wisselstroom te werken.

Belangrijkste voordelen:

• DPT’s zijn onmisbaar in situaties waar een sterk startkoppel nodig is;
• de rotatiesnelheid van het anker kan eenvoudig worden aangepast;
• Een gelijkstroommotor is een universele elektrische machine, dat wil zeggen dat hij als generator kan worden gebruikt.

Belangrijkste nadelen:

• DPT's hebben hoge productiekosten;
• het gebruik van een borstelcollectoreenheid leidt tot de noodzaak van frequent onderhoud en reparatie;
• Vereist een gelijkstroombron of gelijkrichters om te kunnen werken.

Gelijkstroom-elektromotoren zijn uiteraard inferieur aan hun "variabele" familieleden wat betreft kosten en betrouwbaarheid, maar ze worden en zullen worden gebruikt, omdat de voordelen van hun gebruik in bepaalde gebieden categorisch alle nadelen opheffen.