DC Motor'un Çalışma Prensibi Nedir?

DC Motor'un Çalışma Prensibi Nedir?

DC Motor Tanımı

DC motor, manyetik alanlar ve elektrik akımları kullanarak doğrudan elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir cihaz olarak tanımlanır.

DC motorlar modern endüstride kritik bir rol oynar. Bu makalede incelediğimiz DC motorun çalışma prensibinin anlaşılması, temel tek döngülü yapısıyla başlar.

DC motorun en temel yapısı, komütatör parçaları ve fırçalar aracılığıyla besleme ucuna bağlı bir akım taşıyan armatür içerir. Armatür, yukarıdaki diyagramda gösterildiği gibi, kalıcı veya elektromanyetin kuzey ve güney kutbunun arasına yerleştirilir.

Doğrudan akım armatürden geçtiğinde, etrafındaki manyetlerden mekanik bir kuvvet deneyimler. DC motorun nasıl çalıştığını tam olarak anlamak için, armatür üzerindeki kuvvet yönünü belirlemeye yardımcı olan Fleming'in sol el kuralını anlamanız gerekir.

Eğer bir akım taşıyan iletken manyetik alanda dik olarak yerleştirilirse, iletken hem manyetik alandaki yöne hem de akım taşıyan iletkenin yönüne dik bir kuvvet deneyimler.

Fleming'in Sol El Kuralı, motorun dönüş yönünü belirleyebilir. Bu kural, eğer sol elimizin işaret parmağını, orta parmağını ve baş parmağını her biri diğerine dik olarak uzatırsak, orta parmak iletkenin akım yönünde, işaret parmak ise manyetik alan yönünde, yani kuzeyden güneye doğruyken, baş parmak oluşturulan mekanik kuvvetin yönünü gösterir.

DC motorun çalışma prensibini net bir şekilde anlamak için, aşağıdaki diyagramı göz önünde bulundurarak kuvvetin büyüklüğünü belirlemeliyiz.

Biliyoruz ki, sonsuz küçük bir yük dq, E elektrik alanında ve B manyetik alanında, v hızında akıtıldığında, yük tarafından deneyimlenen Lorentz Kuvveti dF şöyledir:

DC motorun çalışma için, E = 0 kabul edilir.

Yani, dq v ve manyetik alan B'nin vektörel çarpımıdır.

Burada, dL, yük q'yu taşıyan iletkenin uzunluğudur.

1. diyagramdan, DC motorun yapısı, armatür iletkeninden geçen akımın her zaman manyetik alana dik olduğunu görebiliriz. Bu nedenle, kuvvet, hem düzgün alana hem de sabit akıma dik bir yönde armatür iletkeni üzerinde etkindir.

Eğer armatür iletkeninin sol tarafındaki akımı I ve sağ tarafındaki akımı -I (çünkü birbirine zıt yönde akıyor) alırsak,

O zaman, sol taraftaki armatür iletkeni üzerindeki kuvvet,

Benzer şekilde, sağ taraftaki iletken üzerindeki kuvvet,

Bu nedenle, bu pozisyonda her iki taraftaki kuvvetin büyüklüğü eşittir ancak yönleri zıttır. İki iletken arasında bazı mesafe (w = armatür turunun genişliği) olduğundan, iki zıt kuvvet bir dönme kuvveti veya tork oluşturur, bu da armatür iletkeninin dönmesine neden olur.

Şimdi, armatür turu başlangıç pozisyonu ile α (alfa) açısı oluşturduğunda tork ifadesini inceleyelim. Oluşturulan tork şu şekilde verilir: 

Burada, α (alfa), armatür turunun düzlemi ile referans düzlemi ya da armatürün başlangıç pozisyonu arasındaki açıdır, burada manyetik alan yönünde olduğu varsayılır.

Tork denklemi içinde cosα teriminin varlığı, kuvvetin aksine, torkun tüm pozisyonlarda aynı olmadığını çok iyi belirtir. Aslında, α (alfa) açısının değişimiyle birlikte değişir. Torkun varyasyonunu ve motorun dönme prensibini açıklamak için adım adım bir analiz yapalım.

Adım 1:

İlk olarak, armatürün başlangıç noktasında veya referans pozisyonunda olduğunu düşünüyoruz, burada açı α = 0.

Çünkü, α = 0, terim cos α = 1, yani maksimum değer, bu nedenle bu pozisyondaki tork maksimumdur ve τ = BILw ile verilir. Bu yüksek başlangıç torku, armatürün ilk inertiyasını aşmaya ve onu dönmeye sokmaya yardımcı olur.

Adım 2:

Ardından, armatür harekete geçtiğinde, armatürün gerçek pozisyonu ile başlangıç referans pozisyonu arasındaki açı α, rotasyon yol boyunca artmaya devam eder, sonunda başlangıç pozisyonundan 90 ^o olana kadar. Sonuç olarak, terim cosα azalır ve ayrıca tork değeri de azalır.

Bu durumda tork, τ = BILwcosα ile verilir, bu, α 0 ^o 'dan büyük olduğunda BIL w'den daha azdır.

Adım 3:

Aramatürün rotasyon yolu üzerinde, rotorun gerçek pozisinin tamamen başlangıç pozisyonuna dik olduğu, yani α = 90 ^o olduğu bir nokta ulaşılır ve sonuç olarak terim cosα = 0 olur.

Bu pozisyonda iletken üzerindeki tork,

Yani, bu anda iletken üzerinde neredeyse hiç dönme torku etkin değildir. Ancak, armatür hala durmadığı için, DC motorun operasyonu, bu sıfır tork noktası üzerinden ilerlemek için bu noktada hareket inercisinin yeterli olmasını sağlamıştır.

Roter bu pozisyonu geçtikten sonra, armatürün gerçek pozisyonu ile başlangıç düzlemi arasındaki açı tekrar azalır ve tork yeniden etkindir.