Unsa ang Prinsipyo sa Operasyon sa DC Motor?

Unsa ang Operasyon sa DC Motor?

Pahayag sa DC Motor

Ang DC motor mao ang isang butang nga nagpapalit sa direkta nga elektrisidad ngadto sa mekanikal nga energia gamit ang magnetic fields ug elektrikal nga currents.

Ang mga DC motors naghunahuna og dako nga papel sa modernong industriya. Ang pag-ila sa operasyon sa DC motor, nga atong itumong sa artikulo kini, magsugod sa iyang fundamental nga single loop construction.

Ang pinaka-basic nga construction sa DC motor adunay current carrying armature, gipangutana sa supply end pinaagi sa commutator segments ug brushes. Ang armature gitukod sa tibuok sa north pole ug south pole sa permanent o electromagnet sama sa diagram sa itaas.

Kung ang direct current mogawas sa armature, adunay mekanikal nga force gikan sa surrounding magnets. Aron masabtan kung unsaon ang operasyon sa DC motor, importante nga mausab ang Fleming’s left-hand rule, nga makatabang sa paghatag sa direction sa force sa armature.

Kon usa ka current carrying conductor gipangutana sa magnetic field perpendicularly, adunay force ang conductor sa direction mutually perpendicular sa direction sa field ug sa current carrying conductor. 

Ang Fleming’s Left-Hand Rule makakita sa direction sa rotation sa motor. Kini nga rule mao ang kon miextend nato ang index finger, middle finger ug thumb sa among left-hand perpendicular sa usab-usab niini sa pipila nga way nga ang middle finger sa direction sa current sa conductor, ug ang index finger sa direction sa magnetic field, i.e., north to south pole, ang thumb mosugyot sa direction sa gihimo nga mekanikal nga force.

Arong mausab ang principle sa DC motor kinahanglan natong hatagan sa magnitude sa force, sa pag-consider sa diagram sa ubos.

Nahimong alam nato nga kon usa ka infinitely small charge dq gipatumanan sa velocity ‘v’ sa influence sa electric field E, ug magnetic field B, ang Lorentz Force dF nga na-experience sa charge mao ang gi-follow ani:

Sa operasyon sa DC motor, considerando E = 0.

i.e. it’s the cross product of dq v and magnetic field B.

Diin, dL mao ang length sa conductor nga nag-carry sa charge q.

Gikan sa 1st diagram mahimong makita nato nga ang construction sa DC motor mao ang direction sa current sa armature conductor sa tanang instance perpendicular sa field. Kayo ang force acts sa armature conductor sa direction perpendicular sa uniform field, ug ang current constant.

Kon mi-consider nato ang current sa left-hand side sa armature conductor nga I, ug ang current sa right-hand side sa armature conductor -I, tungod kay sila nag-flow sa opposite direction sa usab-usab.

Ang force sa left-hand side armature conductor,

Similarmente, ang force sa right-hand side conductor,

Dili lang, makita nato nga sa position naa ang force sa either side equal sa magnitude pero opposite sa direction. Tungod kay ang duha ka conductors giseparate sa usa ka distance w = width sa armature turn, ang duha ka opposite forces produce usa ka rotational force o torque nga resulta sa rotation sa armature conductor.

Karon, let’s examine the expression of torque when the armature turn create an angle of α (alpha) with its initial position.The torque produced is given by,

Here α (alpha) is the angle between the plane of the armature turn and the plane of reference or the initial position of the armature which is here along the direction of magnetic field.

The presence of the term cosα in the torque equation very well signifies that unlike force the torque at all position is not the same. It, in fact, varies with the variation of the angle α (alpha). To explain the variation of torque and the principle behind the rotation of the motor let us do a stepwise analysis.

Step 1:

Initially considering the armature is in its starting point or reference position where the angle α = 0.

Since, α = 0, the term cos α = 1, or the maximum value, hence torque at this position is maximum given by τ = BILw. This high starting torque helps in overcoming the initial inertia of rest of the armature and sets it into the rotation.

Step 2:

Once the armature sets in motion, the angle α between the actual position of the armature and its initial reference position goes on increasing in the path of its rotation until it becomes 90 ^o from its initial position. Consequently, the term cosα decreases and also the value of torque.

The torque in this case is given by τ = BILwcosα which is less than BIL w when α is greater than 0o.

Step 3:

In the path of the rotation of the armature a point is reached where the actual position of the rotor is exactly perpendicular to its initial position, i.e. α = 90 ^o, and as a result the term cosα = 0.

The torque acting on the conductor at this position is given by,

i.e. virtually no rotating torque acts on the armature at this instance. But still the armature does not come to a standstill, this is because of the fact that the operation of DC motor has been engineered in such a way that the inertia of motion at this point is just enough to overcome this point of null torque. 

Once the rotor crosses over this position the angle between the actual position of the armature and the initial plane again decreases and torque starts acting on it again.