מנוע DC: עקרון הפעולה. מנוע DC: התקן

הראשון של כל מסתובב במאה ה -19אלקטרומכניס הוא מנוע DC. העיקרון של פעולתו ידוע מאמצע המאה הקודמת, ועד היום, מנועים DC ממשיכים לשרת בנאמנות גבר, נהיגה מכונות שימושיות רבות מנגנונים.

DFT הראשון

מאז ה -30 של המאה ה -19 בהתפתחותם הםעברו כמה שלבים. עובדה היא כי לפני הופעת בסוף המאה הקודמת, לפני האחרון של אלטרנטיבות מכונת, המקור היחיד של חשמל היה תא גלווני. לכן, כל מנועים חשמליים הראשון יכול לעבוד רק על זרם ישיר.

מה היה המנוע הראשון? עיקרון הפעולה והסידור של המנועים שנבנו במחצית הראשונה של המאה ה -19 היה כדלקמן. המוליך של שדה הקוטב היה סט קבוע של מגנטים קבועים או אלקטרומגנטים מוטים שלא היה להם מעגל מגנטי סגור. ארמטורה ארבורית יצרה מספר אלקטרומגנטים מוט נפרדים על ציר משותף, מסובבת על ידי כוחות של דחייה ומשיכה לקטבים של המשרן. אופייני לנציגים שלהם היו המנועים של U. Ricci (1833) ו- B. Jacobi (1834) מצוידים במתגים נוכחיים מכניים באלקטרומגנטים עם מגעים של ארמטורה במעגל המתפתל.

כיצד פעל מנוע ג'ייקובי

מה היה עיקרון המכונה הזאת? המנוע העכשווי הישיר של ג'ייקובי והאנלוגים שלו היה רגע אלקטרומגנטי פועם. בזמן שהתקרב לקטבים המנוגדים של הארמטורה והמשרן תחת פעולת כוח המשיכה המגנטי, הגיע רגע המנוע למקסימום. לאחר מכן, כאשר מוטות הברזל ממוקמים מול מוטות המשרנים, הפסיק המתג המכני את הזרם בסולניאידים. הרגע נפל לאפס. בשל האינרציה של עוגן ואת הקטבים העוגנים מנגנון מונעים מתחת קטבי משרן, בשלב זה עליהם מפני זרם המתג מסופק בכיוון ההפוך, הקוטביות שלהם גם הופכת, ואת הכח הכביד אל הקוטב הקרוב של משרן מוחלף כוח דחייה. לפיכך, מנוע Jacobi היה מסובב על ידי דחפים רצופים.

מופיע עוגן חוטי

ב סולנואידים armature armatureזרם ג 'ייקובי היה לכבות מעת לעת, השדה המגנטי שנוצר על ידי אותם נעלם, ואת האנרגיה שלה הוסב הפסדים תרמית של פיתולים. לפיכך, ההמרה האלקטרומכנית של מקור זרם חשמלי של armature (תא גלווני) כדי מכני הנוכחי התרחש בו עם הפרעות. היינו זקוקים למנוע עם סלילה סגורה רצופה, הזרם שבו יזרם ברציפות במשך כל תקופת פעולתו.

ו fuhtufn כזה נוצר בשנת 1860 על ידי א. פאצ'ינוטי. מה היה ההבדל בין מנוע DC שלה לבין קודמיו? העיקרון של הפעולה ואת הבנייה של מנוע Pacintotti הם כדלקמן. כעוגן, הוא השתמש טבעת פלדה עם חישורים קבועים על פיר אנכי. במקרה זה, העוגן לא ביטא בבירור קטבים. הוא נעשה מוט מובנה.

בין החישורים של סלילי הטבעת נפצעואת פיתול הברזל, שקצותיו היו מחוברים בסדרה בעוגן עצמו, והברזים המחוברים ללוחות האספן הממוקמים לאורך ההיקף בתחתית מוט המנוע, שמספרם שווה למספר הסלילים, נעשו מנקודות החיבור של כל שני סלילים. כל סליל המתכת היה סגור בפני עצמו, ונקודות החיבור של סליליו היו מחוברות ללוחיות אספנות סמוכות, שבהן גלגלו זוג גלגלות נושאות זרם.

העוגן החילוני הונח בין שני הקטביםאלקטרומגנטי משרן קבוע הסטטור, כך שקווי הכח של השדה המגנטי שנוצרו על ידי העירור נכלל השטח הגלילי החיצוני של עוגן המנוע על עירור הקוטב הצפוני עבר את חוט הברזל הטבעתי, מבלי להזיז לתוך הפנים של החור שלה, ומתוך בקוטב הדרומי.

איך פועל מנוע פאצ'ינוטי

מה היה עקרון הפעולה שלו? המנוע הנוכחי Pachinotti הנוכחי עבד בדיוק כמו DPT המודרנית.

בשדה המגנטי של הקוטב של המשרן עם זההקוטביות תמיד הייתה מספר מסוים של מנצחים של עוגן מתפתל נוכחי עם כיוון מתמיד, שבה הכיוון הנוכחי העוגן תחת הקטבים השונים של משרן היה היפך. זו הושגה על ידי נחת גלילי ההיצע הנוכחיים, אשר פועלים כמו מברשות, במרחב שבין הקטבים של הסליל. לכן העוגן נוכחי מיידי זרם אל הסליל דרך ההרים, צלחת אספן מלוכדות לכך וברזים, שהוא גם במרחב שבין הקטבים, אז זרם בכיוונים מנוגדים לאורך שני סניפי poluobmotkam, ולבסוף זרם דרך קו הסניף, צלחת אספן והגליל ב interpolar אחר מרווח. בעשותו כן, העוגן סליל תחת הקטבים של משרן השתנה, אבל כיוון הזרימה הנוכחי נותר ללא שינוי בהם.

לפי חוק אמפר, על כל מנצח של סלילארמטורה עם זרם בשדה המגנטי של מוט המשרן הופעל על ידי כוח שהכיוון שלו נקבע על ידי הכלל הידוע של "יד שמאל". ביחס לציר המנוע, כוח זה יצר מומנט, וסכום הרגעים מכל הכוחות האלה נותן את מומנט הכוח הכולל של DCT, שכבר כבר כמעט קבוע עבור כמה צלחות של האספן.

DFT עם armature טבעת דקדוק מתפתל

כפי שקרה לעתים קרובות בהיסטוריה של המדעטכניקה, המצאתו של א 'Pacinotti לא נמצא יישום. זה היה במשך 10 שנים נשכח, עד בשנת 1870 הוא חזר על עצמו באופן עצמאי על ידי הממציא פרנקו גרמני Z. Gramm בעיצוב דומה של גנרטור הנוכחי ישיר. במכונות האלה, ציר הסיבוב כבר היה אופקי, ומברשות פחמן שימשו מחליקות על לוחות האספקה ​​של עיצוב מודרני כמעט. בשנות השבעים של המאה ה -19, העיקרון של הפיכות של מכונות חשמליות הפך מוכר היטב, מכונת גרם שימש גנרטור מנוע DC. עיקרון פעולתו מתואר לעיל.

למרות העובדה כי המצאת העוגן החילוניהיה צעד חשוב בפיתוח של DPT, שלה מתפתל (קרא Gramovskaya) היה חסרון משמעותי. בשדה המגנטי של מוטות המשרנים, נמצאו רק המוליכים (הנקראים "מוליכים אקטיביים"), הנמצאים מתחת לקטבים אלה על פני השטח החיצוני של הצילינדר. זה היה להם כי הכוחות המגנטיים של אמפר היו מיושמים, יצירת מומנט על ציר המנוע. אותם מנחים לא פעילים שעברו דרך חור העוגן החילוני לא השתתפו ביצירת הרגע. הם פשוט מפוזרים חשמל בצורה של הפסדי חום.

מן העוגן טבעת לתוף

לחסל את החיסרון של העוגן החילוניהצליח בשנת 1873 למהנדס החשמל הגרמני המפורסם פ 'גפנר-אלטנק. איך תפקוד מנוע DC שלה? העיקרון של הפעולה, המכשיר של המשרן- stator שלה הוא זהה לזה של מנוע עם טבעת מתפתל. אבל העיצוב של armature ואת שלה מתפתל השתנו.

גפנר-אלטנק הפנה את תשומת הלב לעובדה שהכיווןזרם הזרם הזורם מתוך המברשות הקבועות במוליכי הגראם המתפתל מתחת לקוטבי העירור השכנים הוא תמיד הפוך, כלומר. הם יכולים להיכלל בהרכב של סלילים הממוקם על פני השטח הגלילי החיצוני של סליל עם רוחב (המגרש) שווה חלוקת המוט (חלק היקף של armature לכל עמוד אחד של עירור).

במקרה זה, פתח בעוגן טבעתי, וזה הופך גליל מוצק (תוף). זה סלילה עוגנת עצמו קבל את שמו של התוף. צריכת הנחושת בו עם אותו המספר של מנצחים פעילים הרבה פחות מאשר grammovskoy מתפתל.

עוגן הופך משונן

במכונות של גרם וגפנר-אלטנק פני השטחארמטורה חלקה, ומוליכים של פיתול שלה היו ממוקמים הפער בינו לבין הקטבים של המשרן. המרחק בין משטח הגליל הקעור של עמוד העירוי לבין המשטח הקמור של העוגן היה כמה מילימטרים. לכן, כדי ליצור את השדה המגנטי הנדרש, הוא נדרש להשתמש סלילי עירור עם כוח magnetomotive גדול (עם מספר רב של פונה). זה הגדיל משמעותית את הממדים והמשקל של המנועים. בנוסף, על משטח חלק של armature של סליל שלה היה קשה לצרף. אבל איך להיות? אחרי הכל, כדי לפעול על מנצח עם זרם של כוח Ampé, הוא חייב להיות ממוקם בנקודות שטח עם שדה מגנטי גדול (עם אינדוקציה מגנטית גדולה).

התברר כי זה לא הכרחי. אקדח המקסים H. ממציא אמריקאי הראה כי אם העוגן לבצע תוף הילוך, ואת החריצים שנוצרו בין השיניים למקם את התוף מתפתל סליל, הפער בין קטבי העירור ניתן לצמצם שברים של מילימטר. אפשר להקטין את הגודל משמעותי של סלילי העירור, אבל DPT המומנט לא ירד.

איך זה כזה מנוע קבועהנוכחי? עקרון הפעולה מתבסס על העובדה שבכוח ארמטורי, הכוח המגנטי מוחל לא על מוליכים בחריצים (אין כמעט שום שדה מגנטי), אלא לשיניים עצמם. במקרה זה, הנוכחות של הנוכחי במוליך בחריץ הוא חיוני להופעתו של כוח זה.

איך להיפטר זרמים אדי

שיפור משמעותי נוסף נעשה על ידיהממציא המפורסם ט. אדיסון. מה הוא הוסיף על מנוע DC? עיקרון הפעולה נשאר ללא שינוי, אך החומר שממנו השתנה העוגן שלו השתנה. במקום מסיבי הקודם, הוא הפך לרבד של גיליונות פלדה מבודדים חשמלית דק. זה איפשר לצמצם את גודל הזרמים אדי (זרמי פוקו) ב armature, אשר הגדילה את היעילות של המנוע.

העיקרון של מנוע DC

בקצרה ניתן לנסח כך: כאשר מחברים את פיתול ארמטורה של המנוע הנרגש למקור הכוח, מופיע בו זרם גדול, הנקרא זרם מתחיל וכמה פעמים בערך נומינלי שלו. יתר על כן, תחת הקטבים של עירור של הקוטביות ההפוכה, כיוון הזרמים במוליכים של armature מתפתל הוא גם ההפך, כפי שמוצג באיור להלן. על פי שלטון "יד שמאל", כוחות אמפר פועלים על המוליכים האלה, מכוונים נגד כיוון השעון וגרירת העוגן לסיבוב. במקרה זה, כוח electromotive (Counter-EMF) מכוון במוליכים של armature מתפתל, מכוונת מול המתח של מקור הכוח. כאשר העוגן מתפזר, האנטי-EMF מתפתל גם הוא. לפיכך, זרם armature מופחת ההתחלה armature לערך המתאים לנקודת ההפעלה על המאפיין המנוע.

כדי להגדיל את מהירות הסיבוב של armature,או להגדיל את הנוכחי שלה מתפתל, או להפחית את האנטי emf בו. זו האחרונה יכולה להיות מושגת על ידי הפחתת השדה המגנטי של עירור על ידי הקטנת הזרם של פיתול עירור. שיטה זו של שליטה על מהירות DPT הפך נפוץ.

העיקרון של מנוע DC עם עירור עצמאית

עם החיבור של מסופי עירור מתפתל (OB)עוצמה DFTs מבוצעות בדרך כלל על אספקת חשמל נפרדת (OB עצמאית), כך שיהיה נוח יותר להתאים את גודל זרם העירוי (כדי לשנות את מהירות הסיבוב). לפי המאפיינים שלהם, DPT עם OB עצמאית כמעט זהה DPT עם OB, מחובר במקביל armature מתפתל.

עירור מקביל של DPT

העיקרון של מנוע DCהגירוי המקביל נקבע על ידי המאפיין המכני שלו, כלומר. את התלות של מהירות סיבוב על רגע לטעון על פיר שלה. עבור מנוע כזה, השינוי במהירות במהלך המעבר מסובב לא פעיל עד רגע הטעינה הנומינלית הוא מ 2 עד 10%. מאפיינים מכאניים כאלה נקראים נוקשים.

לכן, את העיקרון של המנועזרם ישר עם עירור מקביל גורם לשימוש שלה כוננים עם מהירות קבועה של סיבוב עבור מגוון רחב של שינויים לטעון. עם זאת, הוא נמצא בשימוש נרחב בכונן מהירות משתנה משתנה. על מנת להסדיר את המהירות שלה, שינוי הן הזרם הנוכחי זרם העירוי יכול להיות מיושם.

עירור רצוף של DFT

העיקרון של מנוע DCסדרת עירור כפי מקביל, זה נקבע על ידי המאפיין המכאני, אשר במקרה זה הוא רך, משום מהירות המנוע משתנה מאוד עם שינויים עומס. איפה הוא מועיל ביותר להשתמש מנוע DC? העיקרון התפעולי של מהירות מנוע גרירת הרכבת שאמורה להקטין להתגבר עולה בהרכב ולחזור בתנועה הנומינלית כאשר במישור מקביל לחלוטין עם DPT עם ברצף OB המחובר העוגן מתפתל. לכן, חלק ניכר קטרים ​​חשמליים בעולם מצויד מכשירים כאלה.

העיקרון של מנוע DC עםעירור סדרה ליישם מנועי מתיחה נוכחיים כפי הפעמה אשר הם בעצם אותו הדבר עם DPT העקבית RH, אך תוכנן במיוחד לעבודה עם הלוח תקן כבר על הזרם החשמלי בעל אדווה משמעותית.