Motor DC: prinsip operasi. Motor DC: Perangkat

Yang pertama dari semua mesin listrik berputar yang ditemukan pada abad ke-19 adalah motor DC. Prinsip operasinya diketahui dari pertengahan abad yang lalu, dan sampai sekarang, motor DC terus setia melayani pria, mengendarai banyak mesin dan mekanisme yang berguna.

DFT pertama

Sejak 30-an abad ke-19, dalam perkembangannya mereka telah melewati beberapa tahap. Faktanya adalah bahwa sebelum kemunculan di akhir abad sebelum mesin alternator terakhir, satu - satunya sumber listrik adalah sel galvanik. Karena itu, semua motor listrik pertama bisa bekerja hanya pada arus searah.

Apa motor DC pertama? Prinsip operasi dan penataan mesin yang dibangun pada paruh pertama abad ke-19 adalah sebagai berikut. Induktor polaritasnya adalah seperangkat magnet permanen tetap atau elektromagnet batang yang tidak memiliki rangkaian magnetik tertutup yang umum. Sebuah armada arboreal membentuk beberapa elektromagnet batang terpisah pada sumbu yang sama, diputar oleh kekuatan tolakan dan daya tarik ke kutub induktor. Khas perwakilan mereka adalah mesin dari U. Ricci (1833) dan B. Jacobi (1834), dilengkapi sakelar arus mekanik dalam elektromagnet dengan kontak angker di sirkuit berkelok-kelok angker.

Bagaimana mesin Jacobi bekerja

Apa prinsip mesin ini? Motor arus searah Jacobi dan analognya memiliki momen elektromagnetik yang berdenyut. Selama mendekati kutub yang berlawanan dari angker dan induktor di bawah aksi kekuatan tarik-menarik, seketika mesin cepat mencapai maksimal. Kemudian, di lokasi tiang-tiang angker yang berhadapan dengan kutub induktor, saklar mekanik menyela arus di elektromagnet angker. Saat jatuh ke nol. Karena inersia dari angker dan mekanisme yang digerakkan, tiang-tiang angker keluar dari bawah kutub induktor, pada saat itu arus arah berlawanan diberi umpan dari komutator, polaritasnya juga berubah ke arah yang berlawanan, dan kekuatan tarik ke kutub induktor terdekat digantikan oleh gaya yang menjijikkan. Dengan demikian, mesin Jacobi diputar dengan dorong berturut-turut.

Jangkar annular muncul

Pada elektromagnet batang armatur motor Jacobi, arus dimatikan secara berkala, medan magnet yang dibuat oleh mereka hilang, dan energinya diubah menjadi kerugian termal dalam gulungan. Dengan demikian, transformasi elektromekanis sumber arus listrik armatur (sel galvanik) menjadi mekanis terjadi di dalamnya dengan interupsi. Kami membutuhkan mesin dengan lekukan tertutup terus menerus, arus yang mengalir terus menerus selama seluruh operasi.

Dan fuhtufn seperti itu diciptakan pada tahun 1860 oleh A. Pacinotti. Apa perbedaan antara motor DC dan pendahulunya? Prinsip operasi dan pengaturan mesin Pachinotti adalah sebagai berikut. Sebagai jangkar, ia menggunakan cincin baja dengan jari-jari yang terpasang pada poros vertikal. Namun, jangkar itu tidak memiliki tiang yang jelas. Dia menjadi tiang implisit.

Antara jari-jari cincin, gulungan gulungan armature dililitkan, ujung-ujungnya dihubungkan secara seri pada jangkar itu sendiri, dan keran dihubungkan ke pelat kolektor yang terletak di sepanjang keliling di bagian bawah poros motor, yang jumlahnya sama dengan jumlah gulungan, dibuat dari titik sambungan masing-masing dua kumparan. Seluruh lekukan angker tertutup pada dirinya sendiri, dan titik-titik berturut-turut dari sambungan koilnya dihubungkan ke pelat kolektor yang berdekatan, dimana sepasang rol pembawa arus meluncur.

Jangkar annular ditempatkan di antara kutub dari dua elektromagnet tetap dari induktor stator, sehingga garis gaya medan magnet eksitasi yang dibuat oleh mereka memasuki permukaan silinder luar armatur motor di kutub utara eksitasi, melewati anchor berbentuk bulat tanpa bergerak ke lubang dalamnya, Kutub selatan

Bagaimana mesin Pachinotti bekerja

Apa prinsip operasinya? Mesin langsung Pachinotti langsung bekerja persis seperti DPT modern.

Di medan magnet kutub induktor dengan polaritas yang diberikan, selalu ada sejumlah konduktor dari gulungan angker dengan arus arah konstan, arah arus armatur di bawah kutub berbeda dari induktor menjadi berlawanan. Hal ini dicapai dengan menempatkan rol pembawa arus yang memainkan peran sikat di ruang antara kutub induktor. Oleh karena itu, arus seketika angker mengalir ke gulungan melalui roller, pelat kolektor dan keran yang terhubung dengannya, yang juga berada di ruang antara kutub, kemudian mengalir ke arah yang berlawanan di sepanjang dua cabang yang berkelok-kelok, dan akhirnya mengalir melalui garis cabang, pelat kolektor dan roller di interpolar lain. Gap. Dalam kasus ini, kumparan armature di bawah kutub induktor berubah, namun arah arus di dalamnya tetap tidak berubah.

Menurut hukum Ampere, untuk setiap konduktor koil angker di medan magnet kutub induktor, sebuah gaya bertindak, yang arahnya ditentukan oleh aturan "tangan kiri" yang terkenal. Sehubungan dengan sumbu motor, gaya ini menciptakan torsi, dan jumlah momen dari semua gaya tersebut menghasilkan torsi total DCT, yang, bahkan dengan beberapa pelat kolektor, hampir konstan.

DFT dengan angker cincin dan gulungan Grammar

Seperti yang sering terjadi dalam sejarah sains dan teknologi, penemuan A. Pacinotti belum menemukan aplikasinya. Itu selama 10 tahun terlupakan, sampai tahun 1870 diulang secara terpisah oleh penemu Franco-Jerman Z. Gramm dalam desain generator arus searah yang serupa . Pada mesin ini, sumbu rotasi sudah mendatar, dan sikat karbon digunakan meluncur di atas pelat kolektor dari desain yang hampir modern. Pada tahun 70an abad ke-19 prinsip reversibilitas mesin listrik telah dikenal, dan mesin Gram digunakan sebagai generator dan motor DC. Prinsip operasinya sudah dijelaskan di atas.

Terlepas dari kenyataan bahwa penemuan jangkar annular merupakan langkah penting dalam pengembangan DPT, gulungannya (disebut saluran Gram) memiliki kelemahan yang signifikan. Di medan magnet kutub induktor, hanya ada konduktor (yang disebut konduktor aktif) yang berada di bawah kutub ini di permukaan silinder luar dari angker. Bagi mereka , kekuatan magnet Ampere diaplikasikan , menciptakan torsi tentang poros mesin. Konduktor tidak aktif yang sama yang melewati lubang jangkar anular tidak ikut serta dalam penciptaan momen. Mereka hanya sembarangan bertebaran listrik dalam bentuk panas yang hilang.

Dari jangkar anular ke drum

Pada tahun 1873 insinyur listrik Jerman yang terkenal F. Gefner-Altenek berhasil menghilangkan kelemahan jangkar cincin ini. Bagaimana fungsi motor DC-nya? Prinsip operasi, perangkat induktor-statornya sama dengan motor dengan belitan cincin. Tapi desain jangkar dan belitannya telah berubah.

Gefner-Altenek menarik perhatian pada fakta bahwa arahan arus angker yang mengalir dari sikat tetap pada konduktor belitan Gram di bawah kutub eksitasi tetangga selalu berlawanan, yaitu. Mereka dapat dimasukkan dalam komposisi kumparan yang terletak di permukaan silinder luar koil dengan lebar (pitch) sama dengan pole division (bagian keliling angker per satu tiang eksitasi).

Dalam hal ini, lubang pada anchor annular menjadi tidak perlu, dan itu menjadi silinder padat (drum). Seperti gulungan dan jangkar itu sendiri menerima nama drum. Konsumsi tembaga di dalamnya untuk jumlah konduktor aktif yang identik jauh lebih sedikit daripada di Gramm yang berkelok-kelok.

Jangkar menjadi dentate

Dalam mesin Gram dan Gefner-Altenek, permukaan jangkar itu mulus, dan konduktor dari belitannya terletak di celah antara dan kutub induktor. Jarak antara permukaan silinder cekung dari kutub eksitasi dan permukaan cembung jangkar mencapai beberapa milimeter. Oleh karena itu, untuk menciptakan magnitudo medan magnet yang diinginkan, diperlukan penggunaan koil eksitasi dengan gaya magnetomotive yang besar (dengan sejumlah besar putaran). Ini secara signifikan meningkatkan dimensi dan berat mesin. Selain itu, pada permukaan halus angker kumparannya sulit dilampirkan. Tapi bagaimana jadinya? Bagaimanapun, untuk bertindak pada sebuah konduktor dengan arus gaya Ampé, ia harus ditempatkan di tempat-tempat dengan medan magnet besar (dengan induksi magnet besar).

Ternyata hal ini tidak perlu. Penemu Amerika dari senapan mesin H. Maxim menunjukkan bahwa jika jangkar drum bergigi, dan gulungan gulungan gumpalan yang terbentuk di antara gigi, jarak antara itu dan kutub eksitasi dapat dikurangi menjadi pecahan milimeter. Hal ini memungkinkan untuk mengurangi secara substansial ukuran koil eksitasi, namun torsi DFT tidak berkurang sedikit pun.

Bagaimana fungsi motor DC seperti itu? Prinsip operasi didasarkan pada fakta bahwa, dengan angker dentate, gaya magnetis diterapkan bukan pada konduktor dalam alurnya (tentu saja tidak ada medan magnet di dalamnya), namun pada cabangnya sendiri. Dalam hal ini, kehadiran arus di konduktor di alur sangat penting untuk kemunculan gaya ini.

Cara menghilangkan arus eddy

Perbaikan besar lainnya dilakukan oleh penemu terkenal T. Edison. Apa yang dia tambahkan ke motor DC? Prinsip tindakan tetap tidak berubah, tapi bahan dari mana jangkarnya dibuat berubah. Alih-alih bekas masif, itu menjadi dilaminasi dari lembaran baja berinsulasi tipis elektrik. Hal ini memungkinkan untuk mengurangi besarnya arus eddy (arus Foucault) di dalam angker, yang meningkatkan efisiensi mesin.

Prinsip pengoperasian motor DC

Secara singkat dapat dirumuskan sebagai berikut: saat menghubungkan lilitan jangkar motor yang bergairah ke sumber listrik, arus besar muncul di dalamnya, yang disebut arus awal dan melebihi nilai nominalnya beberapa kali. Selain itu, di bawah kutub eksitasi polaritas yang berlawanan, arah arus di konduktor lilitan armatur juga berlawanan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Menurut aturan "tangan kiri", kekuatan Ampere bekerja pada konduktor ini, diarahkan berlawanan arah jarum jam dan menyeret jangkar. Dalam hal ini, sebuah gaya gerak listrik (counter-EMF) diarahkan pada konduktor dari belitan armature , yang diarahkan berlawanan dengan voltase sumber listrik. Seiring jangkar menyebar, anti-EMF yang berkelok-kelok juga tumbuh. Dengan demikian, arus armatur berkurang dari arus awal ke nilai yang sesuai dengan titik operasi pada karakteristik motorik.

Untuk meningkatkan kecepatan rotasi angker, perlu untuk meningkatkan arus pada lilitannya, atau untuk mengurangi gumpalan di dalamnya. Yang terakhir dapat dicapai dengan mengurangi medan magnet eksitasi dengan mengurangi arus dalam gulungan eksitasi. Metode pengendalian kecepatan DPT ini telah meluas.

Prinsip motor DC dengan eksitasi independen

Dengan koneksi dari belitan eksitasi (OB) mengarah ke catu daya terpisah (OB independen), DFTs yang kuat biasanya dilakukan agar lebih mudah menyesuaikan arus eksitasi (untuk mengubah kecepatan rotasi). Menurut sifatnya, DPT dengan OB yang independen hampir identik dengan DPT dengan OB, yang terhubung secara paralel dengan belitan angker.

Eksitasi paralel DPT

Prinsip operasi motor arus searah eksitasi paralel ditentukan oleh karakteristik mekanisnya, yaitu. Ketergantungan kecepatan rotasi pada momen beban pada porosnya. Untuk mesin seperti itu, perubahan kecepatan selama transisi dari putaran menganggur ke momen beban nominal adalah dari 2 sampai 10%. Karakteristik mekanik semacam itu disebut kaku.

Dengan demikian, prinsip motor arus searah dengan eksitasi paralel menentukan aplikasinya pada drive dengan kecepatan rotasi konstan dengan variasi variasi beban yang besar. Namun, juga banyak digunakan dalam variable speed drive. Untuk mengatur kecepatannya, perubahan arus angker dan arus eksitasi dapat diterapkan.

Eksitasi berturut-turut DFT

Prinsip pengoperasian motor DC eksitasi seri, serta paralel, ditentukan oleh karakteristik mekanisnya, yang dalam hal ini lunak, karena Kecepatan mesin sangat bervariasi dengan perubahan beban. Mana yang paling menguntungkan untuk menggunakan motor DC semacam itu? Prinsip pengoperasian mesin traksi, yang kecepatannya harus turun saat komposisi lift diatasi dan kembali ke nominal saat bergerak di sepanjang dataran, sepenuhnya sesuai dengan karakteristik DCT dengan OB, secara seri terhubung ke belitan armatur. Oleh karena itu, sejumlah lokomotif listrik dilengkapi dengan perangkat semacam itu di seluruh dunia.

Prinsip pengoperasian motor DC dengan eksitasi seri juga direalisasikan oleh motor traksi arus berdenyut, yang sebenarnya adalah DPT yang sama dengan OB berurutan, namun dirancang khusus untuk bekerja dengan arus listrik yang telah diperbaiki yang berada pada papan dengan banyak pulsasi.