Ano ang Prinsipyo ng Paggana ng DC Motor?

Ano ang Prinsipyo ng Paggana ng DC Motor?

Pangungusap ng DC Motor

Ang DC motor ay isinasaalang-alang bilang isang aparato na nagbabago ng direktang electrical energy sa mechanical energy gamit ang magnetic fields at electrical currents.

Ang mga DC motor ay may mahalagang papel sa modernong industriya. Ang pag-unawa sa prinsipyo ng paggana ng DC motor, na ituturing natin sa artikulong ito, ay nagsisimula sa kanyang pundamental na single loop construction.

Ang napakabasik na konstruksyon ng DC motor ay naglalaman ng current carrying armature, na konektado sa supply end sa pamamagitan ng commutator segments at brushes. Ang armature ay nakalagay sa pagitan ng hilagang polo at timog polo ng isang permanenteng magnet o electromagnet tulad ng ipinapakita sa diagrama sa itaas.

Kapag ang direct current ay umagos sa armature, ito ay dadaan ng isang mechanical force mula sa paligid na magnets. Upang lubusang maintindihan kung paano gumagana ang DC motor, mahalaga na unawain ang Fleming's left-hand rule, na tumutulong sa pagtukoy ng direksyon ng force sa armature.

Kung ang isang conductor na may kasamaang current ay inilagay sa magnetic field nang perpendicularly, ang conductor ay dadaan ng isang force sa direksyon na mutually perpendicular sa parehong direksyon ng field at ang current carrying conductor. 

Ang Fleming’s Left-Hand Rule ay maaaring matukoy ang direksyon ng pag-ikot ng motor. Ang batas na ito ay nagsasabi na kung i-extend natin ang index finger, middle finger at thumb ng aming kaliwang kamay nang perpendicular sa bawat isa nang paraang ang middle finger ay nasa direksyon ng current sa conductor, at ang index finger ay nasa direksyon ng magnetic field, i.e., north to south pole, ang thumb ay nagpapahiwatig ng direksyon ng nilikhang mechanical force.

Para sa malinaw na pag-unawa sa prinsipyo ng DC motor, kailangan nating tukuyin ang magnitude ng force, sa pamamagitan ng pag-consider ng diagrama sa ibaba.

Alam natin na kapag ang isang infinitely small charge dq ay pinag-ikot sa velocity ‘v’ sa ilalim ng epekto ng electric field E, at magnetic field B, ang Lorentz Force dF na dinaanan ng charge ay ibinibigay ng:

Para sa operasyon ng DC motor, inaangkin E = 0.

Ibig sabihin, ito ang cross product ng dq v at magnetic field B.

Kung saan, dL ang haba ng conductor na nagdadala ng charge q.

Sa 1st diagram, makikita natin na ang konstruksyon ng DC motor ay ganoon na ang direksyon ng current sa pamamagitan ng armature conductor sa lahat ng oras ay perpendicular sa field. Kaya ang force ay nagsasalo sa armature conductor sa direksyon na perpendicular sa parehong uniform field, at ang current ay constant.

Kaya kung i-consider natin ang current sa kaliwang bahagi ng armature conductor na I, at ang current sa kanang bahagi ng armature conductor na -I, dahil sila ay umagos sa kabaligtarang direksyon sa bawat isa.

Ang force sa kaliwang bahagi ng armature conductor,

Tulad nito, ang force sa kanang bahagi ng conductor,

Kaya, makikita natin na sa posisyong iyon ang force sa bawat bahagi ay equal sa magnitude pero opposite sa direksyon. Dahil ang dalawang conductors ay nahahati ng ilang distansya w = width ng armature turn, ang dalawang opposite forces ay nagpapadala ng isang rotational force o torque na nagresulta sa pag-ikot ng armature conductor.

Ngayon, susuriin natin ang expression ng torque kapag ang armature turn ay lumilikha ng angle ng α (alpha) sa kanyang initial position.Ang torque na nabuo ay ibinibigay ng,

Dito, α (alpha) ang angle sa pagitan ng plane ng armature turn at ang plane ng reference o ang initial position ng armature na narito ay nasa direksyon ng magnetic field.

Ang presence ng term cosα sa torque equation ay lubos na nagpapahiwatig na hindi katulad ng force, ang torque sa lahat ng posisyon ay hindi magkapareho. Ito, sa katunayan, nag-iiba depende sa variation ng angle α (alpha). Upang ipaliwanag ang variation ng torque at ang prinsipyo sa likod ng pag-ikot ng motor, hagdan-hagdang analisis natin ito.

Hagdan 1:

Una, inaangkin natin na ang armature ay nasa kanyang starting point o reference position kung saan ang angle α = 0.

Dahil, α = 0, ang term cos α = 1, o ang maximum value, kaya ang torque sa posisyong ito ay maximum na ibinibigay ng τ = BILw. Ang mataas na starting torque na ito ay tumutulong sa pag-oovercome ng initial inertia ng rest ng armature at nagsisimula ito sa pag-ikot.

Hagdan 2:

Kapag ang armature ay nagsimula sa pag-ikot, ang angle α sa pagitan ng aktwal na posisyon ng armature at ang kanyang initial reference position ay patuloy na lumalaki sa daan ng kanyang pag-ikot hanggang ito ay naging 90 ^o mula sa kanyang initial position. Bilang resulta, ang term cosα ay bumababa at ang halaga ng torque din.

Ang torque sa kasong ito ay ibinibigay ng τ = BILwcosα na mas kaunti kaysa sa BIL w kapag ang α ay mas malaki kaysa 0o.

Hagdan 3:

Sa daan ng pag-ikot ng armature, maabot ang isang punto kung saan ang aktwal na posisyon ng rotor ay eksaktong perpendicular sa kanyang initial position, i.e. α = 90 ^o, at bilang resulta, ang term cosα = 0.

Ang torque na nagsasalo sa conductor sa posisyong ito ay ibinibigay ng,

Ibig sabihin, walang rotating torque na nagsasalo sa armature sa oras na ito. Ngunit, ang armature ay hindi nagpapatigil, dahil sa engineering ng operasyon ng DC motor na ang inertia ng motion sa punto na ito ay sapat upang mapagtagumpayan ang punto ng null torque. 

Kapag ang rotor ay lumampas sa posisyong ito, ang angle sa pagitan ng aktwal na posisyon ng armature at ang initial plane ay muli namang bumaba at ang torque ay muling nagsasalo sa kanya.