DC motor | Konstrukce a princip činnosti stejnosměrného elektromotoru

V zásadě jsou stejnosměrné motory ovládány přes 2vodičové vedení (viz část „DC motory. Všeobecné informace“. Pokud je potřeba změnit směr otáčení, je nutné prohodit vodiče buď na kotvě nebo na poli vinutí k tomu lze použít různá spínací zařízení, v případě dálkového ovládání motorů a změny polarity napájení se však změní polarita na kotvě i na statoru nezmění směr otáčení. samostatné páry pro kotvu a stator se nejeví jako vhodné V takových případech je lepší použít dvouvodičové obvody dálkového ovládání navržené na obr. 1 – 3. Takové obvody využívají vlastnosti usměrňovače neměnit polaritu. jeho výstupní napětí, když se změní polarita na jeho vstupu.

Obrázek 1 ukazuje řídicí obvod paralelně buzeného motoru. Zde se při změně polarity napájení motoru pomocí spínače SA změní polarita napětí na kotvě motoru. Ale budicí vinutí Wв si zachová svou polaritu napájení. Z elektrického hlediska není rozdíl, co je součástí napájecího vedení a co je napájeno z usměrňovače – kotva nebo budicí vinutí. Proud tekoucí v obvodu budícího vinutí je však menší než přes kotvu a kromě toho nedochází při spouštění k žádným nárazovým proudovým rázům. Proto je pro takové zapojení jednodušší vybrat diody s malým procházejícím proudem než pro kotvu.
Obrázek 2 ukazuje řídicí obvod pro motor se sekvenčním buzením.. Protože u takových motorů je budicí vinutí zapojeno do série s kotvou, nezáleží na tom, co je zahrnuto v diagonále můstku – proud je všude stejný.
Obrázek 3 ukazuje řídicí obvod pro motor se smíšeným buzením.. Zde se polarita mění pouze na paralelním budicím vinutí. Sériové vinutí s kotvou je zahrnuto v diagonále můstku.
Je třeba mít na paměti, že všechna uvedená schémata se vztahují na schémata spouštění bez reostatu a používají se pro motory o výkonu 0,7. 1 kW. V důsledku zvýšeného odporu vinutí kotvy jejich hodnoty zapínacího proudu překračují jmenovitý proud 3krát, což není pro tyto obvody nebezpečné. U motorů, jejichž výkon překračuje stanovený výkon, se zapne předřadný odpor (na obr. 5 znázorněno tečkovanou čarou). Velikost rozběhového proudu je omezena na úroveň (1..1,5)*I nom, kde I nom je jmenovitý proud kotvy. Hodnota startovacího reostatu je určena vzorcem: R p = (U/2. 1.5)*I nom – R a, kde U je napětí zdroje, R a je odpor zdroje kotvy včetně odporu přídavné tyče a kartáče. Tato hodnota se bere buď z referenčních údajů, nebo se vypočítá pomocí vzorce: R a = U(2 – η nom)/1I nom, kde η nom je účinnost motoru.

Obrázek 4 ukazuje reverzní obvod pro univerzální komutátorový motor. Tyto motory mohou pracovat jak ze stejnosměrného napětí, tak z jednofázového střídavého proudu. Stroje se zpravidla vyrábějí se sériovým buzením, i když existují modely s buzením paralelním. Konstrukčně je motor strojem komutátorového typu. Při provozu ze stejnosměrné sítě je celé vinutí zahrnuto do obvodu kotvy a při napájení střídavým proudem je zahrnuta pouze jeho část kvůli vzhledu indukčního odporu budícího vinutí a kotvy. Z důvodu „složitosti“ zhotovení budícího vinutí s dvouvodičovým připojením k síti by bylo nejjednodušším způsobem reverzace zařadit vinutí kotvy do stejnosměrné úhlopříčky molstu. V důsledku změny polarity napájecího zdroje se polarita změní pouze na budicích vinutích, což povede k přepólování.

Pokud je nutné regulovat rychlost otáčení stejnosměrného motoru a získat speciální vlastnosti, pak se tyristorové měniče nyní široce používají pro připojení motoru k síti AC. Jeden z nich od SIEMENS je zobrazen na fotografii.

*Výkonová část a chlazení

SIEMENS SIMOREG 6RA70 jsou plně digitální kompaktní měniče pro připojení do sítě střídavého proudu a slouží k napájení kotvy a buzení stejnosměrných pohonů s proměnnými otáčkami. Rozsah jmenovitého stejnosměrného proudu měničů sahá od 15 do 3000 A a lze jej zvýšit paralelním zapojením měničů.
V závislosti na aplikaci mohou měniče pracovat v nereverzním nebo reverzním režimu. Převodníky jsou autonomní díky integrovanému systému nastavování parametrů a nevyžadují další zařízení pro parametrizaci. Všechny řídicí a regulační funkce, stejně jako monitorovací a pomocné funkce, jsou prováděny pod kontrolou jednoho mikroprocesorového systému. Požadovanou a skutečnou hodnotu lze zadat buď digitálně nebo analogově.
Převodníky SIEMENS SIMOREG 6RA70 jsou kompaktní a prostorově nenáročné pro jejich instalaci. Ve dveřích měniče je zabudována elektronická skříňka, která obsahuje řídicí moduly. Tento box lze rozšířit o moduly pro technologické funkce a sériová rozhraní. Díky pohodlné dostupnosti jednotlivých prvků vám tato technologie poskytuje vysokou míru uživatelsky přívětivé obsluhy.
Externí signály (binární vstupy/výstupy), analogové vstupy/výstupy, impulsní enkodéry, atd.) se připojují přes zásuvný konektor. Software převodníku je uložen ve flash EPROM. Aktualizace softwaru lze snadno stáhnout přes sériové rozhraní do základní jednotky.
Výkonová část: obvod kotvy a obvod buzení
Obvod kotvy je vyroben podle střídavého můstkového obvodu:
v měničích pro nevratný pohon pomocí plně řízeného střídavého můstkového obvodu B6C
v měničích pro reverzní pohon pomocí dvou plně řízených střídavých můstkových obvodů (B6) A (B6) C.
Budicí obvod je proveden pomocí polořízeného jednofázového můstkového obvodu B2HZ. Měniče se jmenovitými proudy od 15 do 1200 A mají výkonovou část pro kotvu a pro buzení s elektricky izolovanými tyristorovými moduly. V tomto případě těleso chladiče nenese žádný potenciál.
V měničích se jmenovitým proudem? 1500 A Výkonová část obvodu kotvy je tvořena tabletovými tyristory a jejich chladiče jsou pod napětím. Všechny připojovací svorky výkonové části jsou přístupné zepředu.

Měniče se jmenovitým proudem do 125 A jsou určeny pro vzduchové samochlazení, od 210 A – pro zesílené chlazení vzduchem pomocí ventilátoru.*
*informace převzaty z webu http://promsis.spb.ru*

Přečtěte si více.

Schéma zapojení stejnosměrného motoru s nezávislým buzením do sítě s jednofázovým sinusovým napětím je na obr. 5. Obr. Změnou úhlu otevření tyristorů pomocí řídicího systému je možné měnit EMF kotvy, a tím i její frekvenci otáčení při konstantním budicím proudu Iv.
Jeden z nejjednodušších obvodů pro připojení stejnosměrného motoru s nezávislým buzením do třífázové sítě je na obr. 6. Obr. Řídicí systém zapíná tyristory ve fázi rotace.
Podobné měniče jsou k dispozici také pro střídavé asynchronní motory.

Elektrické stroje jsou žádané pro provozní zařízení pro různé účely. Jednotky se nacházejí v domácích a průmyslových zařízeních. Pro získání vysokého mechanického výkonu se schopností řídit rychlost otáčení je vyžadován stejnosměrný motor (DPT nebo DC motory).

Zařízení a princip činnosti

Navenek je stejnosměrný motor reprezentován kompaktním monoblokovým zařízením se svorkami pro připojení. Na výstupu je hřídel, přes kterou je krouticí moment přenášen na pracovní mechanismus.

Elektrický stroj se skládá ze dvou hlavních součástí:

1. Stator. Pevný prvek motoru s vinutím pro buzení elektromotorické síly (EMF). Stator má dva protilehlé permanentní magnety s různými póly.
2. Rotor. Rotující prvek DPT, který přeměňuje elektromagnetickou sílu na mechanickou energii.

Rotor má vodivé vinutí s konci na kartáčích. Jsou to kontakty, do kterých je přiváděna elektřina. Proud nabitých částic vinutím prochází tangenciálně k permanentnímu magnetu statoru a budí elektromotorickou sílu. Pohání rotor, který se otáčí konstantní rychlostí.

Směr toku elektrických nábojů je vektorový a dopředný, takže se rotor motoru trochu roztočí a zastaví. Pro plynulé otáčení je na jeho konci instalována vodivá deska (lamela).

Jedna lamela ale nestačí, protože. po otočení rotoru o 180 °C bude v dráze magnet s obrácenou polaritou. A aby se kotva netočila „tady a dozadu“, jsou lamely umístěny po celém obvodu konce rotoru v podobě stacionárního kartáčového komutátoru na kluzných ložiskách. Bez ohledu na aktuální polohu rotoru bude v každém okamžiku rotace vždy poblíž magnetu lamela přijímající stejnosměrný proud.

Takové stroje se pro svou konstrukci nazývají komutátorové elektromotory. Byly vyvinuty jako první a jsou stále žádané. Jednotky jsou odolné a udržují nastavitelnou rychlost rotoru. Všechny stejnosměrné elektrické stroje jsou synchronní motory. Nazývají se tak kvůli stejné rychlosti otáčení magnetického pole a rotoru.

S rozvojem elektroniky se objevily stejnosměrné motory bez kartáčového komutátoru. Do statoru je přiváděn stejnosměrný proud a permanentní magnety připevněné k rotoru začnou otáčet kotvou. Z konstrukčního hlediska jsou takové stroje složitější a mají úzký účel. Používají se v podmínkách, ve kterých není opodstatněné použití komutátorových elektromotorů.

Metody buzení EMF DPT

Díky své nízké ceně jsou komutátorové elektromotory běžné v levných domácích zařízeních. Jejich výkon ale na velká zařízení nestačí. Proto se v průmyslu používají stroje s vinutím na statoru (místo permanentního magnetu). Podle klasifikace se jednotky liší způsobem buzení EMF.

Sekvenční buzení

Budicí vinutí na statoru a kotva jsou napájeny stejným stejnosměrným zdrojem. Nejprve prochází statorem a když vstoupí do rotoru, EMF již bude působit. Toto je nejúspěšnější schéma startování motoru – můžete zajistit hladký start stroje a je k dispozici nastavitelná rychlost otáčení.

Ale je tu také podstatná nevýhoda – excitované magnetické pole roste pouze se zvyšujícím se stejnosměrným proudem. Proto se dodává více energie pro dosažení vysoké rychlosti. V důsledku toho často dochází k jiskření a vyhoření lamel. Při použití sériově vinutých motorů dochází ke kompromisu mezi výkonem a životností.

Paralelní buzení

Tok částic přichází z jednoho zdroje současně do statorového a rotorového vinutí DPT. Napětí bude stejné, ale síla se rozloží mezi vodiče. Stroje s touto konfigurací jsou nejjednodušší na výrobu a jsou kompaktní. Konce vodičů statoru a rotoru jsou připojeny přímo ke kartáčům. Mezi vinutími nejsou žádná další spojení (která existuje u sériového buzení).

Ale se zvýšením nábojové síly na budícím vinutí dojde k poklesu kotvy a naopak. Proto mohou paralelně buzené stejnosměrné motory pracovat pouze při jedné rychlosti. Často se používají v čerpadlech hlavního potrubí, která pracují pod specifickým tlakem.

Nezávislé buzení

Kotva a stator jsou napájeny napětím z různých zdrojů energie. Toto schéma umožňuje hladký start, protože S rostoucí rychlostí otáčení se buzené pole nemění. A to výrazně prodlužuje životnost stroje.

Stejnosměrné elektromotory s nezávislým buzením mají jedinou nevýhodu – časté selhání kotvy. To je způsobeno skutečností, že při přetížení se EMF nemění (protože je buzen jiným zdrojem, který se nepodílí na regulaci otáček rotoru). Obsluha si může všimnout závad na díle, až když je již pozdě (silný hluk, zápach spálené izolace).

Smíšené (kombinované) buzení

Takové stroje mají několik budicích cívek s různým zapojením. Elektromotory jsou složité a funkční. Používají se v podmínkách, kdy je vyžadován nepřetržitý provoz a bezpečnost jednotky je až na druhém místě.

Například při běžném provozu se aktivuje budicí vinutí, které je připojeno paralelně k vodiči kotvy, a rotor se otáčí stejnou rychlostí. A v okamžiku přerušení u generátoru nebo rozvodny se přepne přívod proudu na další cívku, která má buzení nezávislé na kotvě. Stejnosměrné motory se smíšeným buzením se v domácích zařízeních nenacházejí. V závislosti na provozním režimu mohou mít takové jednotky klasifikaci.

Způsoby provozu

Elektrické stejnosměrné stroje mohou pracovat v dopředném a zpětném pořadí. V důsledku toho mohou být použity jako generátory přeměnou mechanické síly na elektrickou energii.

Motorový režim

Přiváděný stejnosměrný proud se přeměňuje na mechanickou rotační sílu rotoru, kterou lze využít pro různé účely:

• čerpání plynných a kapalných médií;
• přeprava a zvedání zboží;
• zpracování materiálů různé síly.

Stejnosměrný elektrický stroj je široce používán pouze s jednou otáčkou, ale to není limit jeho možností. Převod má lineární závislost – otáčky závisí na napětí (čím je vyšší, tím je jich více za jednotku času). Tato závislost umožňuje dvě možnosti:

1. Regulace rychlosti otáčení. Pomocí frekvenčního měniče se mění napětí a za ním otáčky přímo úměrně stoupají nebo klesají. To umožňuje efektivnější využití zařízení (změna čerpacího tlaku, urychlení zvedání lehčích břemen atd.).
2. Hladký start. Startovací proud není dodáván okamžitě základním napětím, ale s postupným zvyšováním na požadovanou hodnotu. Je také možné zajistit plynulý přechod při přepínání rychlosti otáčení. Tato funkce výrazně snižuje opotřebení stroje náhlými rotacemi.

S rozvojem elektroniky bylo možné regulovat rotaci rotoru stejnosměrných motorů pod kontrolou jiných zařízení, díky čemuž je jeho provoz autonomní:

1. Termostat u kotle nastavuje otáčky čerpadla, při kterých bude dosaženo požadované teploty v potrubí.
2. Nouzový systém odpojí napájení jednotky, když se přehřeje.
3. Tlakový spínač přestane čerpat v hlavním potrubí, když je nádrž plná, a když je prázdná, znovu spustí stroj.

Režim generátoru

Principem je zpětný chod stejnosměrného elektromotoru. Vlivem mechanické síly se rotor začne otáčet a generovat elektrický náboj na pólech. Ke sběru proudu dochází připojením sítí ke kartáčům.

Naprostá většina motorů pracujících v generátorovém režimu pracuje v elektrárnách. K pohybu rotoru se využívá proudění řeky nebo páry. Velké zpracovatelské závody si mohou zajistit elektřinu s nulovými náklady. Vedlejší produkt ve formě proudu plynu se používá jako mechanická síla k pohybu rotoru.

Běžné je také použití kompaktních minielektráren. Jsou představovány instalací se spalovacím motorem a generátorem. Rotor je poháněn spalováním benzínu nebo nafty. Minielektrárny jsou běžné na průmyslových staveništích při absenci rozvodných sítí.

V praxi, aby se prodloužila životnost generátoru, rotor DCT vždy pracuje s minimálním zatížením. Požadované proudové charakteristiky se získají připojením usměrňovačů, rezistorů a měničů.

Univerzální elektromotor

Pokud má stroj magnetické budicí pole a rotor se otáčí stejnou rychlostí (synchronní stroj), je konstruován tak, aby mohl být napájen stejnosměrným i střídavým proudem. Přídavné budicí vinutí neprochází celým statorem, ale po úsecích (podobně jako lamely kartáčového komutátoru). Když je motor zapojen do obvodu se stejnosměrným zdrojem, proud je přiváděn do hlavního statorového vinutí a ze zdroje střídavého proudu do přídavného.

Tento přístup umožňuje, aby kartáčovaný stejnosměrný motor fungoval ze společné sítě. Používá se ve vysoce výkonných domácích spotřebičích. Celý důvod je ten, že střídavý proud elektrické sítě o napětí 230 V a frekvenci 50 Hz lze převést na rotaci rotoru s točivým momentem maximálně 3000 ot./min. V normálním režimu zařízení pracuje ze střídavého zdroje energie. Ale když je požadována velmi vysoká rychlost otáčení mechanismu, dojde k předběžnému narovnání. Proud se stává konstantní a je pak přenášen na kartáče stroje.

Hodnota

Stejnosměrné motory mají mnoho výhod, včetně následujících:

1. Lineární závislost přeměny energie. Na základě charakteristiky zdroje si můžete předem vypočítat rychlost, jakou se rotor pohybuje (a naopak u generátoru). To zajišťuje hladký start a nastavitelnou rychlost otáčení elektromotoru.
2. Univerzální provedení. Komutátorový motor je vhodný pro jakýkoli úkol a je jednodušší organizovat výrobu jednoho typu stroje.
3. Kompaktnost. Synchronní motory se skládají pouze ze statoru a kotvy, zbylé součásti jsou nevýznamné a nemají téměř žádný vliv na velikost jednotky.

Stejnosměrné motory jsou skvělé pro průmyslové aplikace. Ale v každodenním životě jsou v řadě vlastností horší než jejich hlavní konkurent – asynchronní motory:

1. Nižší životnost a požadavek na častou údržbu s výměnou opotřebovaných dílů.
2. Složitá konstrukce kotev neumožňuje opravit nebo vyměnit je sami.
3. Pro připojení k veřejné síti je nutný usměrňovač.

Z těchto důvodů jsou indukční motory přítomny v domácích spotřebičích a domácím nářadí. Jejich zásadní rozdíl je v budicím poli, které se vždy otáčí rychleji než rotor. Takové stroje jsou konstruovány tak, aby fungovaly pouze na střídavý proud.

Typy poruch

Stejnosměrné motory se používají k pohonu velkých jednotek s velkým zatížením a tam, kde jsou vyžadovány časté změny rychlosti otáčení. Jedná se především o oblast energetiky a výroby s obtížnými pracovními podmínkami, které urychlují opotřebení motoru. Ale i při pečlivém používání je možné selhání.

Stejnosměrné motory se vyznačují mnoha poruchami, které lze kombinovat do 4 typů poruch:

1. Zničení izolace a vinutí. Při přehřátí nebo zkratu dojde k vážnému poškození elektromotoru. Izolace je zničena a zranitelná část vinutí je deformována vlivem vnějšího tepla nebo zvýšením odporu materiálu vodiče. Poruchu předchází přehřívání a hlučný provoz. Zásadní rozdíl mezi zkratem a přehřátím spočívá v tom, že problém je na druhé straně a bude muset být odstraněn po opravě jednotky.
2. Nedostatek moci. V přítomnosti stejnosměrného proudu znamená úplná porucha motoru přerušení jednoho nebo více vinutí. Často k této situaci dochází v důsledku poškození cívek v důsledku neopatrné údržby. V polovině případů lze vinutí motoru obnovit bez výměny.
3. Klepání a vibrace. Nevyváženost hřídele nebo destrukce kluzných ložisek narušuje synchronní přenos točivého momentu na pracovní mechanismus. V důsledku toho dochází k opakovaným rázům mezi hřídelemi, které dále poškozují elektromotor. Je možná mechanická destrukce jednotlivých dílů (pozůstávající ložiska, lamely komutátoru).
4. Výkon neodpovídá nastavení. Mechanismus zodpovědný za dodávání stejnosměrného proudu do motoru je vadný. Pokud je cívka frekvenčního měniče poškozena, změna otáček rotoru nebude odpovídat nastavení. Pokud je provoz v režimu generátoru vadný, odběr proudu nesplňuje požadované parametry.

Pokud zaznamenáte jakékoli známky poruchy, musíte vypnout motor a poslat jej do servisního střediska k opravě. Pokračující provoz stejnosměrného motoru pod zátěží způsobí jeho další poškození nebo naruší provoz zařízení. Renovace vozu by měla být svěřena pouze odborníkům. Pouze profesionálové jsou schopni identifikovat všechny závady a budou schopni je odstranit v krátkém čase.

Technické centrum Held opravuje stejnosměrné elektromotory a odstraňuje závady jakékoli složitosti. Řemeslníci obnovují vinutí statoru a kotvy, mění kluzná ložiska a vyvažují rotor. Opravujeme také domácí a průmyslové celky poháněné stejnosměrným elektromotorem do 1000 kW: generátory, obráběcí stroje, kompresory, čerpadla.

Pokud požadujete urgentní a profesionální obnovu motoru, kontaktujte naši společnost. Specialisté rychle prozkoumají stav stroje, najdou případné závady a informují vás o podmínkách opravy.

Údržba
elektrické stroje © Held Repair LLC
TIN 7811781566
781101001