Konstrukce a princip činnosti stejnosměrného motoru

V každodenním životě jsme obklopeni mnoha elektrickými spotřebiči. Hlavním prvkem některých z nich je motor. V jednom z našich článků jsme již mluvili o tom, jak funguje a funguje střídavý motor. Dnes se v našem článku podíváme na konstrukci a princip fungování stejnosměrného motoru.

Návrh (obvod) stejnosměrného motoru

Konstrukce stejnosměrného elektromotoru se skládá z z následujících prvků:

1. hřídel elektromotoru, na kterém jsou nainstalovány zbývající díly.
2. kotva (rotor) motoru, která zahrnuje:
2.1. jádro kotvy ve formě sady desek vyrobených ze speciální elektrooceli;
2.2. vinutí kotvy;
2.3. kolektor;

2.4. hlavní tyč, což je sada elektroocelových plátů. U malých motorů jsou póly vyrobeny z permanentních magnetů;

2.6. monolitické přídavné póly (nepoužívají se u malých motorů) jsou navrženy pro zlepšení komutace a jsou umístěny mezi hlavními póly;

2.7. navíjení smaltovaných drátů přídavného pólu;

3. skříň elektromotoru, která je nejčastěji vyrobena z litiny, protože tento materiál umožňuje použití elektromotoru v místech s agresivním prostředím a má vysokou odolnost proti opotřebení. Také pro zlepšení může být skříň motoru vyrobena se speciálními žebry, které zajišťují tepelnou rovnováhu elektromotoru. Póly tvořící induktor, stejně jako kotva, jsou instalovány ve skříni motoru.

4. svorkovnice. Konce vinutí pólů motoru jsou vyvedeny do svorkovnice, ve které jsou instalovány svorky s připojenými konci vinutí induktorů a svorkami pro připojení kartáčů kotvy. K dispozici je také jeden nebo dva otvory pro instalaci těsnění, kterými se provádějí napájecí kabely pro připojení napájení. U strojů s malým výkonem jsou svorky vinutí umístěny ve svorkovnici, přičemž jedna ze svorek přídavných pólů a jedna ze svorek kotvy (kartáčová traverza) jsou pevně spojeny uvnitř stroje a ostatní svorky kotvy resp. další póly jsou přivedeny do svorkovnice. Velké stroje s vysokými jmenovitými proudy nemají svorkovnici a výstupní konce jsou umístěny ve spodní části rámu stroje. V tomto případě jsou výstupní konce paralelního obvodu vyrobeny ve formě kabelových jader s oky a sériový obvod – ve formě sběrnic.

Součástí návrhu jsou také následující prvky:

• přední a zadní ložiskové štíty, jakož i vnitřní víka ložisek, které jsou přišroubovány k ložiskovým štítům;

• sestava kartáče, která se skládá z držáku, držáků kartáčů a kartáčů (grafit nebo kov-grafit). Tato jednotka je namontována na konvexní části víka ložiska zadního ložiskového štítu. Je určen k napájení cívek na rotujícím rotoru a spínání proudu ve vinutí kotvy;

• chladicí ventilátor pro udržení nízké provozní teploty;

• ložiskové štíty;
• ložiska;
• vnější kryty ložisek zakrývající ložiska;
• oka nebo šrouby s okem, které zjednodušují operace nakládání a vykládání a instalaci motoru;
• tlapky, které zajišťují nízkou úroveň vibrací elektromotoru během provozu;
• ochranný kryt ventilátoru a kryt výstupního vzduchu;
• typový štítek s uvedením hlavních charakteristik motoru.

Způsoby připojení stejnosměrného motoru

Stejnosměrné motory se často vyrábějí s paralelním, sériovým a nezávislým typem buzení. Podle typu buzení se liší označení kontaktů ve svorkovnici. V závislosti na typu buzení se napájecí kabel zapojuje různě.

Nejprve uvažujme připojení kabelu ke svorkám elektromotoru s nezávislým buzením vinutí.

Do kabelového vstupu vložíme dva dvoužilové kabely s šedými a modrými žilami. Odizolujeme kabel a žíly a poté na ně nasadíme kabelová oka.

Po ukončení připojíme žíly podle schématu na vnitřní straně krytu svorkovnice. Pro toto zapojení používáme obvod pro motory s nezávislým buzením, kdy je napětí do budicích vinutí a kotvy motoru napájeno z nezávislých zdrojů.

Jedním z běžných a oblíbených typů jednotek, aktivně využívaných v průmyslu, výrobě a dalších oblastech je stejnosměrný elektromotor se sériovým buzením. Má řadu zajímavých funkcí a odlišností, díky kterým je tento mechanismus nepostradatelný v řadě aplikací. Pojďme se blíže podívat na to, co takový motor je.

Obecný popis

Sériově vinuté stejnosměrné motory neboli SWDC motory jsou variantou stejnosměrných motorů. Mají určité vlastnosti, které z nich dělají optimální volbu pro řadu aplikací, kde je vyžadována přesná regulace otáček a vysoký točivý moment.

Princip činnosti DPTPV je založen na sekvenčním použití budícího vinutí spolu s vinutím hlavní kotvy. Budicí vinutí je zapojeno do série s vinutím kotvy, což umožňuje řídit proud v obou vinutích současně. Změnou budícího proudu můžete ovládat otáčky a točivý moment motoru, což umožňuje dosáhnout vysoké přesnosti při jejich regulaci. To je velmi cenná vlastnost v instalacích, strojích a výrobních zařízeních, kde je důležité co nejpružněji regulovat pracovní proces pohyblivých mechanismů.

Zařízení

Hlavní součásti uvažovaného typu elektromotoru jsou následující:

• Vinutí kotvy. Část jednotky, která se otáčí ve generovaném magnetickém poli. Vinutí kotvy se skládá z kovových vodičů navinutých kolem jádra kotvy. Průtokem proudu vinutím kotvy vzniká elektromagnetické pole působící na pole statoru, které vyvolává kruhový pohyb kotvy;
• Polní vinutí. Jedná se o přídavné vinutí, které je zapojeno do série s vinutím kotvy. Skládá se z vodičů omotaných kolem jádra. Při průchodu proudu tímto vinutím vzniká magnetické pole, které zesiluje magnetické pole ve statoru a ovlivňuje rychlost kotvy;
• Přepnout. Je to část motoru zodpovědná za změnu směru toku proudu ve vinutí kotvy. Skládá se ze segmentovaných kovových desek, nazývaných kartáče, které se při otáčení kotvy dotýkají vodičů vinutí kotvy. Komutátor spíná proud ve vinutí kotvy tak, aby měnil směr otáčení kotvy. Díky němu je realizována možnost zpětného pohybu;
• Stator. Stacionární část motoru sestávající z permanentních magnetů nebo elektromagnetických cívek. Magnetické pole vytvářené statorem interaguje s polem na kotvě a způsobuje její rotační pohyb.

Flexibilní provoz DPPV je zajištěn tím, že elektřina protékající budicím vinutím je regulována externím samostatným řídicím systémem. Změna tohoto proudu ovlivňuje sílu magnetického pole ve statoru a tím i točivý moment a otáčky motoru.

Vlastnosti regulace rychlosti jednotky

Pro řízení otáček motoru DPTPV se používá změna budicího proudu nebo proudu kotvy. Zde jsou k dispozici následující možnosti:

• Změna budícího proudu. S jeho nárůstem se zvětšuje magnetické pole ve statoru, což zvyšuje rychlost otáčení kotvy. Naopak pokles proudu vede k oslabení pole a snížení otáček motoru;
• Změna proudu kotvy. Jak se zvyšuje, zvyšuje se proud vytvořený ve vinutí kotvy, což zvyšuje točivý moment motoru a v důsledku toho jeho rychlost. Snížení proudu vede ke snížení rychlosti.

Pokud jde o funkci brzdění, v DPTPV je realizována změnou směru proudu ve vinutí kotvy (recirkulace) nebo snížením/vypnutím budícího proudu.

V prvním případě se proud kotvy přepne do opačného směru, což vede ke vzniku brzdného momentu. Magnetická pole kotvy a statoru vytvářejí konfiguraci, která způsobuje brzdění motoru. Nastavení proudu kotvy umožňuje ovládat brzdný moment.

Ve druhém, kdy budicí proud zmizí nebo výrazně poklesne, to vede ke snížení síly magnetického pole statoru a v důsledku toho ke snížení otáček motoru. Tato metoda brzdění je obecně méně účinná než recirkulační brzdění, ale v určitých aplikacích může být užitečná.

Výhody a nevýhody

Ve srovnání s jinými typy elektromotorů má uvažovaná verze jednotek následující silné stránky:

• vysoký točivý moment při nízkých rychlostech. DPPV mají charakteristiku vysokého točivého momentu, což znamená, že jsou schopny produkovat významný točivý moment při nízkých otáčkách;
• Hladký start díky řízení proudu pole a kotvy. To je zvláště užitečné pro aplikace, kde je vyžadováno postupné zrychlování nebo kde náhlé spuštění může způsobit poškození strojního zařízení;
• Vysoká stabilita rychlost. Tyto typy motorů dokážou udržovat konstantní rychlost, i když se jejich pracovní zatížení mění, takže jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují přesné řízení rychlosti.

Nezanedbatelnou výhodou je jednoduchá konstrukce a spolehlivost provozu, možnost rychlé a ekonomické opravy a údržby.

Pokud jde o nevýhody, existují i ​​​​některé:

• Omezený rozsah provozních otáček;
• Relativně nízká účinnost;
• Spotřeba energie vinutí pole, která zvyšuje celkovou spotřebu energie;
• Zvýšená hladina hluku a možné potíže s ovládáním zátěže.

Obecně je elektromotor typu DPTPV vynikajícím spolehlivým mechanismem pro mnoho aplikací, který může fungovat mnoho let bez výrazných nákladů na udržení výkonu.