Motori a corrente continua

I motori elettrici a corrente continua sono utilizzati in questi azionamenti elettrici dove sono richiesti un'ampia gamma di controllo della velocità, un'elevata precisione nel mantenimento della velocità di rotazione dell'azionamento e un controllo della velocità superiore alla velocità nominale.

Come funzionano i motori DC?

Il funzionamento di un motore elettrico DC si basa su il fenomeno dell'induzione elettromagnetica… È noto dalle basi dell'ingegneria elettrica che viene posizionato un conduttore che trasporta corrente campo magnetico, la forza determinata dalla regola di sinistra agisce:

F = BIL,

dove I è la corrente che scorre nel filo, V è l'induzione del campo magnetico; L è la lunghezza del filo.

Quando il filo attraversa le linee del campo magnetico della macchina verso l'interno, viene indotto forza elettromotiva, che, in relazione alla corrente nel conduttore, è diretta contro di esso, quindi è chiamato opposto o opposto (contrad. d. d. s). L'energia elettrica nel motore viene convertita in energia meccanica e viene parzialmente consumata riscaldando il filo.

Strutturalmente, tutti i motori elettrici CC sono costituiti da un induttore e un'armatura separati da un traferro.

La corrente continua del motore elettrico dell'induttore serve a creare un campo magnetico stazionario della macchina ed è costituito da un telaio, poli principali e aggiuntivi. Il telaio serve per fissare i poli principali e ausiliari ed è un elemento del circuito magnetico della macchina. Le bobine di eccitazione si trovano sui poli principali progettate per creare un campo magnetico della macchina, su poli aggiuntivi - una bobina speciale per migliorare le condizioni di commutazione.

Il motore elettrico di ancoraggio a corrente continua è costituito da un sistema magnetico assemblato da singoli fogli, una bobina di lavoro posizionata nelle scanalature e collettore serve per l'avvicinamento alla corrente costante della bobina di lavoro.

Un collettore è un cilindro impalato sull'albero del motore e selezionato da un amico isolato su lastre di rame. Il collettore presenta sporgenze di armamento, alle quali le estremità delle sezioni sono armature a bobina saldate. La raccolta della corrente dal collettore viene effettuata utilizzando spazzole che forniscono un contatto scorrevole con il collettore. Spazzole fissate in portaspazzole che le tengono in una certa posizione e forniscono la necessaria pressione delle spazzole sulla superficie del collettore. Spazzole e portaspazzole sono fissati sulla traversa, collegati al corpo motore elettrico.

Commutazione nei motori elettrici a corrente continua

Quando un motore elettrico è in funzione, le spazzole in corrente continua che scorrono sulla superficie del collettore rotante passano successivamente da un piatto collettore all'altro. In questo caso, le sezioni parallele dell'avvolgimento dell'indotto vengono commutate e la corrente in esse cambia. La variazione di corrente avviene mentre la spira della bobina è cortocircuitata dalla spazzola. Questo processo di commutazione e i relativi fenomeni sono chiamati commutazione.

Al momento della commutazione, e viene indotto nella sezione in cortocircuito della bobina sotto l'influenza del proprio campo magnetico. eccetera. v. autoinduzione. L'e risultante eccetera. c. provoca corrente aggiuntiva nel cortocircuito, che crea una distribuzione non uniforme della densità di corrente sulla superficie di contatto delle spazzole. Questa circostanza è considerata la ragione principale per cui il collettore si inarca sotto il pennello. La qualità della commutazione è giudicata dal grado di scintille al di sotto del bordo d'uscita della spazzola ed è determinata dalla scala del grado di scintille.

Metodi di eccitazione motori elettrici in corrente continua

Eccitato dalle macchine elettriche, capisco la creazione di un campo magnetico in esse, necessario per il funzionamento di un motore elettrico. Circuiti per eccitazione motori elettrici corrente continua mostrato in figura.

Circuiti per l'eccitazione dei motori a corrente continua: a — indipendente, b — parallelo, c — serie, d — misto

Secondo il metodo di eccitazione, i motori elettrici CC sono divisi in quattro gruppi:

1. Eccitazione indipendente in cui la bobina di eccitazione NOV è alimentata da una sorgente CC esterna.

2. Con eccitazione parallela (shunt), in cui l'avvolgimento di eccitazione SHOV è collegato in parallelo con la sorgente di alimentazione dell'avvolgimento dell'indotto.

3. Con eccitazione in serie (serie), in cui l'avvolgimento di eccitazione IDS è collegato in serie con l'avvolgimento dell'indotto.

4. Motori ad eccitazione mista (combinati) con IDS serie e SHOV parallelo dell'avvolgimento di eccitazione.

Tipi di motori a corrente continua

I motori CC differiscono principalmente per la natura dell'eccitazione. I motori possono essere ad eccitazione indipendente, in serie e mista.Parallelamente, l'eccitazione può essere trascurata. Anche se l'avvolgimento di campo è connesso alla stessa rete da cui è alimentato il circuito di armatura, allora anche in questo caso la corrente di eccitazione non dipende dalla corrente di armatura, poiché la rete di alimentazione può essere considerata come una rete di potenza infinita, e la tensione è permanente.

L'avvolgimento di campo è sempre collegato direttamente alla rete e quindi l'introduzione di una resistenza aggiuntiva nel circuito di armatura non ha alcun effetto sulla modalità di eccitazione. Le specifiche che esiste con eccitazione parallela nei generatori, non può essere qui.

I motori CC a bassa potenza utilizzano spesso l'eccitazione a magneti permanenti. Allo stesso tempo, il circuito per l'accensione del motore è notevolmente semplificato, il consumo di rame è ridotto. Va notato, tuttavia, che sebbene l'avvolgimento di campo sia disattivato, le dimensioni e il peso del sistema magnetico non sono inferiori rispetto all'eccitazione elettromagnetica della macchina.

Le proprietà dei motori sono in gran parte determinate dal loro sistema. eccitazione.

Maggiore è la dimensione del motore, maggiore è la coppia naturale e, di conseguenza, la potenza. Pertanto, con una maggiore velocità di rotazione e le stesse dimensioni, è possibile ottenere una maggiore potenza del motore. A questo proposito, di norma, vengono progettati motori CC, in particolare a bassa potenza ad alta velocità - 1000-6000 giri / min.

Tuttavia, è necessario tenere presente che la velocità di rotazione dei corpi di lavoro delle macchine di produzione è notevolmente inferiore. Pertanto, è necessario installare un cambio tra il motore e la macchina funzionante.Maggiore è la velocità del motore, più complesso e costoso diventa il cambio. Nelle installazioni ad alta potenza, dove il cambio è un'unità costosa, i motori sono progettati a velocità notevolmente inferiori.

Va inoltre tenuto presente che un cambio meccanico introduce sempre un errore significativo. Pertanto, nelle installazioni di precisione, è auspicabile l'utilizzo di motori a bassa velocità, che potrebbero essere collegati ai corpi di lavoro direttamente o tramite la trasmissione più semplice. A questo proposito sono comparsi i cosiddetti motori con coppia elevata a basse velocità di rotazione. Questi motori trovano largo impiego nelle macchine per il taglio dei metalli, dove sono articolati con corpi dislocanti senza collegamenti intermedi tramite viti a ricircolo di sfere.

I motori elettrici differiscono anche nel design quando i segni relativi alle condizioni del loro funzionamento. Per condizioni normali vengono utilizzati i cosiddetti motori aperti e protetti, locali raffreddati ad aria in cui sono installati.

L'aria viene soffiata attraverso i condotti della macchina per mezzo di un ventilatore posto sull'albero motore. I motori chiusi raffreddati da una superficie alettata esterna o da un flusso d'aria esterno vengono utilizzati in ambienti aggressivi. Infine, sono disponibili speciali motori per atmosfere esplosive.

Vengono presentati requisiti specifici per la progettazione del motore quando è necessario garantire prestazioni elevate: un flusso rapido di processi di accelerazione e decelerazione. In questo caso, il motore deve avere una geometria speciale: un piccolo diametro dell'armatura con la sua lunga lunghezza.

Per ridurre l'induttanza dell'avvolgimento, non è posato nei canali e sulla superficie di un'armatura liscia.La bobina è fissata con adesivi come resina epossidica. Con bassa induttanza della bobina è fondamentale che le condizioni di commutazione del collettore siano migliorate, non c'è bisogno di poli aggiuntivi, si può utilizzare un collettore di dimensioni inferiori. Quest'ultimo riduce ulteriormente il momento d'inerzia dell'armatura del motore.

Possibilità ancora maggiori per ridurre l'inerzia meccanica prevedono l'utilizzo di un'armatura cava, che è un cilindro di materiale isolante. Sulla superficie di questo cilindro si trova un avvolgimento realizzato mediante stampa, stampaggio o disegno su una sagoma su un'apposita macchina. La bobina è fissata con materiali adesivi.

All'interno di un cilindro rotante per creare percorsi, è necessaria un'anima in acciaio per il passaggio del flusso magnetico. Nei motori con indotti lisci e cavi, a causa di un aumento degli spazi vuoti nel circuito magnetico dovuto all'introduzione di avvolgimenti e materiali isolanti in essi, la forza magnetizzante richiesta per condurre il flusso magnetico richiesto aumenta in modo significativo. Di conseguenza, il sistema magnetico risulta essere più sviluppato.

I motori a bassa inerzia includono anche i motori con indotto a disco. Dischi su cui vengono applicati o incollati gli avvolgimenti, realizzati in un materiale isolante sottile che non si deforma, ad esempio il vetro. Un sistema magnetico nella versione bipolare è costituito da due morsetti, uno dei quali alloggia le bobine di eccitazione. A causa della bassa induttanza dell'avvolgimento dell'indotto, la macchina, di regola, non ha un collettore e la corrente viene rimossa dalle spazzole direttamente dall'avvolgimento.

Va anche menzionato il motore lineare, che non fornisce movimento rotatorio e traslatorio.Rappresenta il motore, il sistema magnetico su cui è posizionato ei poli sono montati sulla linea di movimento dell'armatura e del corrispondente corpo operaio della macchina. L'ancora è generalmente progettata come ancora a bassa inerzia. Le dimensioni e il costo del motore sono elevati, poiché è necessario un numero significativo di pali per fornire movimento lungo un determinato tratto di strada.

Avviamento di motori a corrente continua

Al momento iniziale dell'avvio del motore, l'armatura è ferma e opposta. eccetera. c.itensione nell'armatura è uguale a zero, quindi Ip = U / Rya.

La resistenza del circuito dell'armatura è piccola, quindi la corrente di spunto supera 10 - 20 volte o più nominale. Ciò può causare significativi sforzi elettrodinamici nell'avvolgimento dell'indotto e il suo eccessivo surriscaldamento, a causa del quale il motore inizia ad essere utilizzato reostati di avviamento — resistenze attive incluse nel circuito di armatura.

I motori fino a 1 kW possono essere avviati direttamente.

Il valore di resistenza del reostato di avviamento viene selezionato in base alla corrente di avviamento ammissibile del motore. Il reostato è realizzato in più fasi per migliorare la scorrevolezza dell'avviamento del motore elettrico.

All'inizio della partenza, viene inserita l'intera resistenza del reostato. All'aumentare della velocità dell'ancora, c'è una contro-e. D. s, che limita le correnti di spunto Rimuovendo gradualmente la resistenza del reostato dal circuito di armatura, la tensione fornita all'armatura aumenta.

Controllo della velocità del motore elettrico in corrente continua

Velocità del motore CC:

dove U è la tensione di alimentazione; Iya: corrente di armatura; Ri è la resistenza di armatura del circuito; kc — coefficiente che caratterizza il sistema magnetico; F è il flusso magnetico del motore elettrico.

Dalla formula si può vedere che la velocità di rotazione della corrente continua del motore elettrico può essere regolata in tre modi: modificando il flusso di eccitazione del motore elettrico, modificando la tensione fornita al motore elettrico e modificando la resistenza nei circuiti di armatura .

I primi due metodi di controllo hanno ricevuto l'uso più diffuso, il terzo metodo è usato raramente: è antieconomico e la velocità del motore dipende in modo significativo dalle fluttuazioni del carico. Le proprietà meccaniche risultanti sono mostrate in Fig.

Caratteristiche meccaniche di un motore DC con diversi metodi di controllo della velocità

La linea in grassetto è la dipendenza naturale della velocità dalla coppia dell'albero o, che è lo stesso, dalla corrente di armatura. La linea retta con caratteristiche meccaniche naturali devia leggermente dalla linea tratteggiata orizzontale. Questa deviazione è chiamata instabilità, non rigidità, a volte statismo. Un gruppo di rette non parallele I corrisponde alla regolazione della velocità per eccitazione, le rette parallele II si ottengono a seguito della modifica della tensione di armatura, infine il ventilatore III è il risultato dell'introduzione di resistenza attiva nel circuito di armatura.

L'entità della corrente di eccitazione di un motore CC può essere controllata utilizzando un reostato o qualsiasi dispositivo la cui resistenza può essere variata in ampiezza, come un transistor. All'aumentare della resistenza nel circuito, la corrente di campo diminuisce, la velocità del motore aumenta.Quando il flusso magnetico si indebolisce, le caratteristiche meccaniche sono superiori a quelle naturali (ovvero superiori alle caratteristiche in assenza di un reostato). Un aumento della velocità del motore porta ad un aumento della scintilla sotto le spazzole. Inoltre, quando il motore elettrico funziona con flusso indebolito, la stabilità del suo funzionamento diminuisce, specialmente con carichi sull'albero variabili. Pertanto, i limiti di controllo della velocità in questo modo non superano 1,25 - 1,3 volte il valore nominale.

La regolazione della tensione richiede una fonte di corrente costante come un generatore o un convertitore. Una regolazione simile è utilizzata in tutti i sistemi di azionamento elettrico industriale: generatore - azionamento in corrente continua (G - DPT), amplificatore di macchina elettrica - motore CC (EMU - DPT), amplificatore magnetico - motore CC (MU - DPT), convertitore a tiristori — Motore CC (T — DPT).

Fermare i motori elettrici a corrente continua

Tre metodi di frenatura sono utilizzati negli azionamenti elettrici con motori elettrici CC: frenatura dinamica, rigenerativa e di opposizione.

La frenatura dinamica del motore CC viene eseguita cortocircuitando l'avvolgimento dell'indotto del motore o mediante resistore… In cui un motore DC inizia a funzionare come un generatore, convertendo l'energia meccanica immagazzinata in energia elettrica. Questa energia viene rilasciata sotto forma di calore nella resistenza a cui è chiuso l'avvolgimento dell'indotto. La frenata dinamica garantisce una frenata del motore precisa.

Il motore CC di frenatura rigenerativa esegue quando è collegato alla rete elettrica il motore viene fatto ruotare dal meccanismo di azionamento a una velocità superiore alla velocità minima ideale. Poi d.ecc. indotta nell'avvolgimento del motore supererà il valore della tensione di linea, la corrente nell'avvolgimento del motore invertirà la direzione. Un motore elettrico va a lavorare in modalità generatore, dando energia alla rete. Allo stesso tempo, si verifica un momento frenante sul suo albero. Tale modalità può essere ottenuta negli azionamenti dei meccanismi di sollevamento durante l'abbassamento del carico, nonché durante la regolazione della velocità del motore e durante i processi di frenatura negli azionamenti elettrici con corrente continua.

La frenata rigenerativa di un motore DC è il metodo più economico, poiché in questo caso l'elettricità viene restituita alla rete. Nell'azionamento elettrico delle macchine per il taglio dei metalli, questo metodo viene utilizzato per il controllo della velocità nei sistemi G — DPT e EMU — DPT.

L'arresto del motore CC di opposizione viene effettuato modificando la polarità della tensione e della corrente nell'avvolgimento dell'indotto. Quando la corrente di armatura interagisce con il campo magnetico della bobina di eccitazione si crea una coppia frenante che diminuisce al diminuire della velocità di rotazione del motore elettrico. Quando la velocità di un motore elettrico scende a zero, il motore elettrico deve essere scollegato dalla rete, altrimenti inizierà a ruotare nella direzione opposta.