Який принцип роботи постійного струму двигуна?

Який принцип роботи ДП мотора?

Визначення ДП мотора

ДП мотор визначається як пристрій, який перетворює пряму електричну енергію на механічну енергію за допомогою магнітних полів та електричних струмів.

ДП мотори грають ключову роль в сучасній промисловості. Розуміння принципу роботи ДП мотора, який ми розглядаємо у цій статті, починається з його фундаментальної конструкції однієї петлі.

Найбільш базова конструкція ДП мотора містить навантажену струмом анодну рамку, яка з'єднана з джерелом живлення через комутаторні сегменти і щітки. Анодна рамка розташована між північним і південним полюсами постійного або електромагніту, як показано на діаграмі вище.

Коли пряма струм проходить через анодну рамку, вона діє на механічну силу від оточуючих магнітів. Для повного розуміння, як працює ДП мотор, важливо зрозуміти правило лівої руки Флемінга, яке допомагає визначити напрямок сили на анодній рамці.

Якщо провідник, що несе струм, розташований перпендикулярно до магнітного поля, то провідник діє на силу в напрямку, взаємно перпендикулярному до обох напрямків поля і провідника, що несе струм.

Правило лівої руки Флемінга може визначити напрямок обертання мотора. Це правило каже, що якщо ми розтянемо указівний палець, середній палець і великі пальці нашої лівої руки перпендикулярно один одному таким чином, що середній палець буде в напрямку струму в провіднику, а указівний палець буде вздовж напрямку магнітного поля, тобто від північного до південного полюса, то великий палець покаже напрямок створеної механічної сили.

Для ясного розуміння принципу роботи ДП мотора нам потрібно визначити величину сили, враховуючи діаграму нижче.

Ми знаємо, що коли нескінченно малий заряд dq рухається зі швидкістю 'v' під впливом електричного поля E і магнітного поля B, то сила Лоренца dF, яку досвідує заряд, визначається так:

Для роботи ДП мотора, враховуючи E = 0.

Тобто, це векторний добуток dq v і магнітного поля B.

Де dL - довжина провідника, що несе заряд q.

З першої діаграми ми бачимо, що конструкція ДП мотора така, що напрямок струму через анодний провідник у всіх випадках перпендикулярний до поля. Тому сила діє на анодний провідник в напрямку, перпендикулярному до обох рівномірних полів, і струм є сталим.

Отже, якщо ми приймемо струм у лівій частині анодного провідника як I, а струм у правій частині анодного провідника як -I, оскільки вони рухаються в протилежних напрямках.

Тоді сила на лівій частині анодного провідника,

Аналогічно, сила на правій частині провідника,

Отже, ми бачимо, що на цій позиції сила на обох сторонах дорівнює за величиною, але протилежна за напрямком. Оскільки два провідники розділені деякою відстанню w = ширина анодного обмотування, дві протилежні сили створюють обертову силу або момент, що призводить до обертання анодного провідника.

Тепер давайте розглянемо вираз моменту, коли анодне обмотування створює кут α (альфа) зі своєю початковою позицією.Створений момент визначається так:

Тут α (альфа) - це кут між площиною анодного обмотування і площиною відліку або початковою позицією аноду, яка тут спрямована вздовж напрямку магнітного поля.

Наявність терміну cosα в рівнянні моменту добре свідчить, що, на відміну від сили, момент на всіх позиціях не однаковий. Насправді, він змінюється зі зміною кута α (альфа). Для пояснення зміни моменту та принципу обертання мотора проведемо послідовний аналіз.

Крок 1:

Спочатку припустимо, що анод знаходиться в своїй початковій точці або позиції відліку, де кут α = 0.

Оскільки α = 0, термін cos α = 1, або максимальне значення, тому момент на цій позиції максимальний, заданий τ = BILw. Цей високий початковий момент допомагає подолати початкову інерцію спокою аноду і запускає його в обертання.

Крок 2:

Як тільки анод розпочинає рух, кут α між фактичною позицією аноду та його початковою позицією відліку зростає у ході його обертання, поки не становить 90 ^o від початкової позиції. В результаті, термін cosα зменшується, а також значення моменту.

Момент у цьому випадку задається τ = BILwcosα, що менше BIL w, коли α більше 0o.

Крок 3:

У ході обертання аноду досягається точка, де фактична позиція ротора точно перпендикулярна його початковій позиції, тобто α = 90 ^o, і в результаті термін cosα = 0.

Момент, що діє на провідник на цій позиції, задається так:

тобто практично жоден обертовий момент не діє на анод на цей момент. Проте анод не зупиняється, це тому, що операція ДП мотора була розроблена так, що інерція руху на цій точці достатня, щоб подолати цю точку нульового моменту.

Як тільки ротор переходять цю позицію, кут між фактичною позицією аноду та початковою площиною знову зменшується, і момент знову починає діяти на нього.