Mikä on suoran virtasen moottorin toimintaperiaate

Mikä on yksisuuntaisen sähkömoottorin toimintaperiaate?

Yksisuuntaisen sähkömoottorin määritelmä

Yksisuuntainen sähkömoottori on laite, joka muuttaa suoraa sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi käyttäen magneettikenttiä ja sähkövirtauksia.

Yksisuuntaiset sähkömoottorit ovat tärkeässä roolissa nykyaikaisessa teollisuudessa. Yksisuuntaisen sähkömoottorin toiminnan ymmärtäminen, jota tutkimme tässä artikkelissa, alkaa sen perustavanlaatuisesta yksilooppi-rakenteesta.

Yksisuuntaisen sähkömoottorin perusrakenne sisältää virtaa kuljettavan armatuurin, joka on kytketty lähteen päähän kommutaattorin segmenttien ja sikkojen kautta. Armatuuri on sijoitettu pysyvän tai sähkömagneetin pohjois- ja etelänavan välille, kuten yllä olevassa kaaviossa näkyy.

Kun suora virta kulkee armatuurissa, se kohtaa mekaanisen voiman ympäröiviltä magneeteilta. Yksisuuntaisen sähkömoottorin toiminnan täydellä ymmärtämiseksi on tärkeää ymmärtää Flemingin vasemman käden sääntö, joka auttaa määrittämään voiman suunnan armatuurissa.

Jos virtaa kuljettava johtaja on sijoitettu magneettikenttään kohtisuorasti, niin johtaja kokee voiman suunnassa, joka on kohtisuorassa sekä kentän että virtaan kuljettavan johtajan suuntaan nähden.

Flemingin vasemman käden säännöllä voidaan määrittää moottorin pyörimissuunta. Tämä sääntö sanoo, että jos pidämme vasemman kätemme peukalon, keskisormen ja pisin pistettyä kohtisuorasti toisiaan siten, että keskisormi on virtasuunnassa johtajassa ja peukalo on magneettikentän suunnassa, eli pohjoiselta navalta etelänavalle, niin pisin osoittaa luodun mekaanisen voiman suunnan.

Yksisuuntaisen sähkömoottorin toimintaperiaatteen selkeämmän ymmärtämisen vuoksi meidän on määriteltävä voiman suuruus, ottaen huomioon alla olevan kaavion.

Tiedämme, että kun äärettömän pieni lataus dq saadaan kuljettamaan nopeudella 'v' sähkökentän E ja magneettikentän B vaikutuksesta, niin Lorentzin voima dF, jota lataus kokee, on annettu seuraavasti:

Yksisuuntaisen sähkömoottorin toiminnassa, ottaen E = 0.

Toisin sanoen se on dq v:n ja magneettikentän B välinen ristitulo.

Missä, dL on latausta q kuljettavan johtajan pituus.

Ensimmäisestä kaaviosta näemme, että yksisuuntaisen sähkömoottorin rakennus on sellainen, että virta armatuurijohdannaisessa on aina kohtisuorassa kenttään nähden. Siksi voima vaikuttaa armatuurijohdannaiseen suunnassa, joka on kohtisuorassa sekä tasaiseen kenttään että virtaan nähden.

Joten jos otamme huomioon, että virta armatuurijohdannaisen vasemmalla puolella on I, ja virta armatuurijohdannaisen oikealla puolella on -I, koska ne virtaavat toisiaan vastaan.

Silloin voima vasemmalla puolella armatuurijohdannaisessa,

Samoin, voima oikealla puolella johtajassa,

Näin ollen näemme, että tässä asennossa voima molemmilla puolilla on samansuuruisena mutta vastakkaisessa suunnassa. Koska kaksi johtajaa on erotettu jossain etäisyydellä w = armatuurikierroksen leveys, kaksi vastakkaista voimaa tuottavat pyöreän voiman tai momentin, joka johtaa armatuurijohdannaisen pyörimiseen.

Nyt tarkastelemme momentin ilmaisua, kun armatuurikierros muodostaa kulman α (alpha) alkuperäisestä asennostaan.Tuotettu moment on annettu seuraavasti,

Tässä α (alpha) on armatuurikierroksen tason ja viiteaseman tason välinen kulma, joka tässä on magneettikentän suunnassa.

Termi cosα momenttiyhtälössä osoittaa hyvin, että eri asennoissa momentti ei ole sama. Se itse asiassa vaihtelee kulman α (alpha) muutoksen mukaan. Selittääksemme momentin vaihtelun ja moottorin pyörimisperiaatteen teemme askelittaisen analyysin.

Vaihe 1:

Aluksi oletetaan, että armatuuri on aloitus- tai viiteasennossaan, missä kulma α = 0.

Koska α = 0, termi cos α = 1, eli suurin arvo, joten momentti tässä asennossa on maksimaalinen, mikä on τ = BILw. Tämä korkea aloitusmomentti auttaa ylittämään armatuurin alkuperäisen liikettä hillitsevän inertian ja saa sen pyörimään.

Vaihe 2:

Kun armatuuri alkaa liikkua, kulma α armatuurin todellisen asennon ja alkuperäisen viiteasennon välillä kasvaa pyörimistien mukaan, kunnes se on 90 ^o alkuperäisestä asennostaan. Seurauksena termi cosα vähenee ja myös momentin arvo.

Tässä tapauksessa momentti on τ = BILwcosα, joka on pienempi kuin BIL w, kun α on suurempi kuin 0 ^o.

Vaihe 3:

Armatuurin pyörimistä edetessä saavutetaan tilanne, jossa rotorin todellinen asento on täsmälleen kohtisuorassa alkuperäiseen asentoon nähden, eli α = 90 ^o, ja seurauksena termi cosα = 0.

Tällä asennolla johtajaa vaivaava momentti on seuraava,

eli käytännössä mitään pyörimismomenttia ei vaiva armatuuria tässä hetkessä. Mutta armatuuri ei pysähdy, sillä yksisuuntaisen sähkömoottorin toiminta on suunniteltu siten, että liikkeen inertia tässä kohdassa on juuri riittävä ylittämään tämän nollamomentin kohdan.

Kun rotorin ylittää tämän asennon, kulma armatuurin todellisen asennon ja alkuperäisen tason välillä taas pienenee, ja momentti alkaa uudelleen vaikuttaa siihen.