Hvad er arbejdsmåden for en strømstyringsmotor?

Hvad er arbejdsmåden for en strømret motor?

Definition af strømret motor

En strømret motor defineres som et enhed, der konverterer direkte elektrisk energi til mekanisk energi ved hjælp af magnetiske felter og elektriske strømme.

Strømrette motorer spiller en vigtig rolle i moderne industrien. For at forstå arbejdsmåden for en strømret motor, som vi undersøger i denne artikel, begynder vi med dens grundlæggende enkelte loop-konstruktion.

Den mest grundlæggende konstruktion af en strømret motor indeholder en strømførende armatur, der er forbundet til strømforsyningen gennem kommutatorsegmenter og børster. Armaturen er placeret mellem nordpolen og sydpolen af en permanent eller en elektromagnet, som vist på figuren ovenfor.

Når en strømret strøm flyder igennem armaturen, oplever den en mekanisk kraft fra de omkringliggende magneter. For at fuldt ud forstå, hvordan en strømret motor fungerer, er det afgørende at forstå Flemings venstrehåndsregel, som hjælper med at bestemme kraftens retning på armaturen.

Hvis en strømførende ledere er placeret i et magnetfelt vinkelret, oplever ledere en kraft i retningen, der er vinkelret både på feltets retning og strømførende ledere.

Flemings venstrehåndsregel kan bestemme rotationsretningen af motoren. Denne regel siger, at hvis vi strækker pegefinger, langfinger og tommelfinger på vores venstre hånd vinkelret på hinanden, således at langfingeren er i retningen af strømmen i ledere, og pegefingeren er langs retningen af magnetfeltet, dvs. fra nord til sødpol, angiver tommelfingeren retningen af den oprettede mekaniske kraft.

For at forstå princippet bag en strømret motor må vi bestemme kraftens størrelse, ved at tage højde for figuren nedenfor.

Vi ved, at når en uendelig lille ladning dq bliver ført med en hastighed 'v' under indflydelse af et elektrisk felt E, og et magnetfelt B, da er Lorentzkraften dF, som ladden oplever, givet ved:

For drift af en strømret motor, betragtes E = 0.

Dvs. det er krydsproduktet af dq v og magnetfeltet B.

Hvor dL er længden af ledere, der fører ladningen q.

Fra den første figur kan vi se, at konstruktionen af en strømret motor er sådan, at strømretning igennem armaturen i alle situationer er vinkelret på feltet. Derfor virker kraften på armaturen i retningen, der er vinkelret både på det uniforme felt, og strømmen er konstant.

Så hvis vi tager strømmen på venstre side af armaturen til at være I, og strømmen på højre side af armaturen til at være -I, fordi de flyder i modsat retning til hinanden.

Så er kraften på venstre side af armaturen,

På samme måde, kraften på højre side af ledere,

Derfor kan vi se, at på denne position er kraften på hver side lig i størrelse, men modsat i retning. Da de to ledere er adskilt af en vis afstand w = bredde af armaturetur, producerer de to modsatte kræfter en rotationskraft eller en drejningsmoment, der resulterer i rotation af armatureledere.

Lad os nu undersøge udtrykket for drejningsmoment, når armaturetur skaber en vinkel α (alpha) med sin startposition. Drejningsmomentet er givet ved,Her er α (alpha) vinklen mellem planet af armaturetur og referenceplanet eller startpositionen for armaturet, som her er langs retningen af magnetfeltet.

Tilstedeværelsen af termen cosα i drejningsmomentligningen viser meget godt, at imod kraften er drejningsmomentet ikke det samme i alle positioner. Det varierer faktisk med variationen af vinklen α (alpha). For at forklare variationen i drejningsmoment og principperne bag motorens rotation, lad os gøre en trinvis analyse.

Trin 1:

I starten antager vi, at armaturen er i sin start- eller referenceposition, hvor vinklen α = 0.

Da α = 0, er termen cos α = 1, eller den maksimale værdi, så drejningsmomentet på denne position er maksimalt givet ved τ = BILw. Dette høje startdrejningsmoment hjælper med at overkomme den initielle inerti af hvile af armaturen og sætter den i rotation.

Trin 2:

Når armaturen kommer i bevægelse, stiger vinklen α mellem den aktuelle position af armaturen og dens initiale referenceposition i roteringsbanen, indtil den bliver 90 ^o fra sin startposition. Konsekvent falder termen cosα, og også værdien af drejningsmomentet.

Drejningsmomentet i dette tilfælde er givet ved τ = BILwcosα, som er mindre end BIL w, når α er større end 0o.

Trin 3:

I roteringsbanen for armaturen nås der et punkt, hvor den aktuelle position af rotor er præcis vinkelret på sin startposition, dvs. α = 90 ^o, og som resultat er termen cosα = 0.

Drejningsmomentet, der virker på ledere på denne position, er givet ved,

Dvs. der virker næsten ingen rotationsdrejningsmoment på armaturen i dette øjeblik. Men alligevel stopper armaturen ikke, dette skyldes, at drift af strømret motor er konstrueret på en sådan måde, at inerti af bevægelsen på dette punkt er netop nok til at overkomme dette punkt med null drejningsmoment. 

Når rotoren passerer dette punkt, aftager vinklen mellem den aktuelle position af armaturen og det initiale plan igen, og drejningsmoment begynder at virke på den igen.