محركات التيار المستمر
تُستخدم المحركات الكهربائية ذات التيار المباشر في هذه المحركات الكهربائية حيث يلزم وجود نطاق كبير من التحكم في السرعة ودقة عالية للحفاظ على سرعة دوران المحرك والتحكم في السرعة أعلى من السرعة المقدرة.
كيف تعمل محركات التيار المستمر؟
يعتمد تشغيل محرك كهربائي DC على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي… من المعروف من أساسيات الهندسة الكهربائية أن الموصل الحامل للتيار يتم وضعه حقل مغناطيسي، القوة التي تحددها القاعدة اليسرى تعمل:
F = BIL ،
حيث I هو التيار المتدفق عبر السلك ، V هو تحريض المجال المغناطيسي ؛ L هو طول السلك.
عندما يعبر السلك خطوط المجال المغناطيسي للآلة إلى الداخل ، يتم تحريضه القوة الدافعة الكهربائية، والتي ، فيما يتعلق بالتيار في الموصل ، موجهة ضدها ، لذلك يطلق عليها عكس أو عكس (عكس د. د. ث). يتم تحويل الطاقة الكهربائية في المحرك إلى طاقة ميكانيكية ويتم إنفاقها جزئيًا في تسخين السلك.
من الناحية الهيكلية ، تتكون جميع محركات التيار المستمر الكهربائية من مغوٍ ومُحرك مفصولة بفجوة هوائية.
يعمل التيار المباشر للمحرك الكهربائي للمحث على إنشاء مجال مغناطيسي ثابت للآلة ويتكون من إطار وأعمدة رئيسية وإضافية. يستخدم الإطار لإصلاح الأقطاب الرئيسية والمساعدة وهو عنصر من عناصر الدائرة المغناطيسية للآلة. توجد ملفات مثيرة على الأقطاب الرئيسية المصممة لإنشاء مجال مغناطيسي للآلة ، على أعمدة إضافية - ملف خاص لتحسين ظروف التبديل.
يتكون التيار المباشر للمحرك الكهربائي للمرساة من نظام مغناطيسي مُجمَّع من صفائح فردية ، وملف العمل موضوع في الأخاديد ، و جامع يخدم نهج التيار المستمر لفائف العمل.
المجمع عبارة عن أسطوانة مثبتة على عمود المحرك ويتم اختيارها من صديق معزول بواسطة صديق على ألواح نحاسية. يحتوي المجمع على نتوءات تصويبة ، حيث تكون نهايات الأقسام عبارة عن دروع ملفوفة ملحومة. يتم جمع التيار من المجمع باستخدام الفرش التي توفر اتصالًا منزلقًا مع المجمع. فرش مثبتة في حوامل الفرشاة التي تثبتها في وضع معين وتوفر ضغط الفرشاة اللازم على سطح المجمع. تم تثبيت الفرشاة وحاملات الفرشاة على العارضة ، متصلة بمحرك الجسم الكهربائي.
التبديل في المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر
عند تشغيل محرك كهربائي ، تنتقل فراشي التيار المستمر على سطح المجمع الدوار على التوالي من لوحة تجميع إلى أخرى. في هذه الحالة ، يتم تبديل الأجزاء المتوازية من لفائف المحرك ويتغير التيار فيها. يحدث التغيير في التيار عندما يتم تقصير دورة الملف بواسطة الفرشاة. تسمى عملية التبديل هذه والظواهر ذات الصلة بالتخفيف.
في لحظة التبديل ، يتم إحداث e في القسم ذي الدائرة القصيرة من الملف تحت تأثير المجال المغناطيسي الخاص به. إلخ. v. الاستقراء الذاتي. الناتج ه. إلخ. ج.تسبب تيارًا إضافيًا في الدائرة القصيرة ، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ لكثافة التيار على سطح التلامس للفرش. يعتبر هذا الظرف هو السبب الرئيسي لانحناء المجمع تحت الفرشاة. يتم الحكم على جودة التخفيف من خلال درجة الشرارة أسفل الحافة الخلفية للفرشاة ويتم تحديدها بمقياس درجة الشرارة.
طرق إثارة المحركات الكهربائية بالتيار المباشر
متحمسًا للآلات الكهربائية ، أفهم إنشاء مجال مغناطيسي فيها ، ضروري لتشغيل محرك كهربائي ... دوائر لإثارة المحركات الكهربائية التيار المباشر الموضح في الشكل.
دوائر إثارة محركات التيار المستمر: أ - مستقلة ، ب - متوازية ، سلسلة ج ، د - مختلطة
وفقًا لطريقة الإثارة ، تنقسم محركات التيار المستمر الكهربائية إلى أربع مجموعات:
1. متحمس بشكل مستقل حيث يتم تشغيل ملف الإثارة NOV بواسطة مصدر تيار مستمر خارجي.
2. مع الإثارة المتوازية (التحويلة) ، حيث يتم توصيل ملف الإثارة SHOV بالتوازي مع مصدر الإمداد لملف المحرك.
3. مع سلسلة الإثارة (سلسلة) ، حيث يتم توصيل ملف الإثارة IDS في سلسلة مع ملف المحرك.
4. محركات الإثارة المختلطة (مجتمعة) التي لها سلسلة IDS و SHOV الموازية لملف الإثارة.
أنواع محركات التيار المستمر
تختلف محركات التيار المستمر بشكل أساسي في طبيعة الإثارة. يمكن أن تكون المحركات من الإثارة المستقلة والمتسلسلة والمختلطة.في موازاة ذلك ، يمكن إهمال الإثارة. حتى إذا كان ملف المجال متصلاً بنفس الشبكة التي يتم تغذية دارة المحرك منها ، فإن تيار الإثارة في هذه الحالة أيضًا لا يعتمد على تيار المحرك ، حيث يمكن اعتبار شبكة الإمداد بمثابة شبكة من الطاقة اللانهائية ، و الجهد هو دائم.
دائمًا ما يتم توصيل ملف المجال مباشرة بالشبكة ، وبالتالي فإن إدخال مقاومة إضافية في دائرة حديد التسليح ليس له أي تأثير على وضع الإثارة. تفاصيل أنه موجود مع الإثارة الموازية في المولدات، لا يمكن أن يكون هنا.
غالبًا ما تستخدم محركات التيار المستمر منخفضة الطاقة إثارة مغناطيسية دائمة. في الوقت نفسه ، يتم تبسيط دائرة تشغيل المحرك بشكل كبير ، ويتم تقليل استهلاك النحاس. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من إيقاف تشغيل لف المجال ، فإن أبعاد ووزن النظام المغناطيسي ليست أقل من الإثارة الكهرومغناطيسية للآلة.
يتم تحديد خصائص المحركات إلى حد كبير من خلال نظامها. الإثارة.
كلما زاد حجم المحرك ، زاد عزم الدوران الطبيعي ، وبالتالي القوة. لذلك ، مع سرعة دوران أعلى ونفس الأبعاد ، يمكنك الحصول على المزيد من قوة المحرك. في هذا الصدد ، كقاعدة عامة ، تم تصميم محركات التيار المستمر ، خاصة مع الطاقة المنخفضة بسرعة عالية - 1000-6000 دورة في الدقيقة.
ومع ذلك ، يجب أن تضع في اعتبارك أن سرعة دوران الهيئات العاملة لآلات الإنتاج أقل بكثير. لذلك ، يجب تركيب علبة تروس بين المحرك وآلة العمل.كلما زادت سرعة المحرك ، أصبح صندوق التروس أكثر تعقيدًا وتكلفة. في منشآت الطاقة العالية ، حيث يكون صندوق التروس وحدة باهظة الثمن ، تم تصميم المحركات بسرعات منخفضة بشكل ملحوظ.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أيضًا أن صندوق التروس الميكانيكي يتسبب دائمًا في حدوث خطأ كبير. لذلك ، في التركيبات الدقيقة ، من المستحسن استخدام محركات منخفضة السرعة ، والتي يمكن توصيلها بأجهزة العمل مباشرة أو من خلال أبسط ناقل حركة. في هذا الصدد ، ظهرت المحركات المزعومة ذات عزم الدوران العالي بسرعات دوران منخفضة. تُستخدم هذه المحركات على نطاق واسع في آلات قطع المعادن ، حيث يتم فصلها بأجسام إزاحة بدون أي وصلات وسيطة باستخدام براغي كروية.
تختلف المحركات الكهربائية أيضًا في التصميم عندما تتعلق العلامات بظروف عملها. للظروف العادية ، يتم استخدام ما يسمى بالمحركات المفتوحة والمحمية ، وغرف تبريد الهواء التي يتم تركيبها فيها.
يتم نفخ الهواء عبر قنوات الآلة عن طريق مروحة موضوعة على عمود المحرك. تُستخدم المحركات المغلقة المبردة بواسطة سطح ذي زعانف خارجي أو تيار هواء خارجي في البيئات العدوانية. أخيرًا ، تتوفر محركات الغلاف الجوي المتفجرة الخاصة.
يتم تقديم المتطلبات المحددة لتصميم المحرك عندما يكون ذلك ضروريًا لضمان الأداء العالي - التدفق السريع لعمليات التسارع والتباطؤ. في هذه الحالة ، يجب أن يكون للمحرك هندسة خاصة - قطر صغير من المحرك بطولها الطويل.
لتقليل محاثة اللف ، لا يتم وضعها في القنوات ، وعلى سطح المحرك الأملس.يتم تثبيت الملف بمواد لاصقة مثل راتنجات الايبوكسي. مع الحث المنخفض للملف ، من الضروري تحسين ظروف تبديل المجمع ، ولا توجد حاجة لأعمدة إضافية ، ويمكن استخدام مجمّع ذو أبعاد أصغر. يقلل هذا الأخير من لحظة القصور الذاتي في المحرك الحركي.
توفر الإمكانيات الأكبر لتقليل القصور الذاتي الميكانيكي استخدام حديد التسليح المجوف ، وهو عبارة عن أسطوانة من مادة عازلة. يوجد على سطح هذه الأسطوانة ملف مصنوع عن طريق الطباعة أو الختم أو الرسم على قالب على آلة خاصة. الملف ثابت بمواد لاصقة.
داخل الأسطوانة الدوارة لإنشاء مسارات ، يلزم وجود قلب فولاذي لمرور التدفق المغناطيسي. في المحركات ذات المحركات الملساء والمجوفة ، بسبب زيادة الفجوات في الدائرة المغناطيسية بسبب إدخال اللفات والمواد العازلة فيها ، تزداد قوة المغنطة المطلوبة لإجراء التدفق المغناطيسي المطلوب بشكل كبير. وفقًا لذلك ، أصبح النظام المغناطيسي أكثر تطوراً.
تشتمل محركات القصور الذاتي المنخفضة أيضًا على محركات قرصية. الأقراص التي يتم وضع اللفات عليها أو لصقها ، مصنوعة من مادة عازلة رقيقة لا تتشوه ، مثل الزجاج. يتكون النظام المغناطيسي في الإصدار ثنائي القطب من مشبكين ، أحدهما يضم ملفات الإثارة. بسبب المحاثة المنخفضة لملف المحرك ، لا تحتوي الآلة ، كقاعدة عامة ، على مجمع ، ويتم إزالة التيار بواسطة الفرش مباشرة من اللف.
يجب ذكره أيضًا حول المحرك الخطي ، والذي لا يوفر حركة دورانية وانتقالية.إنه يمثل المحرك والنظام المغناطيسي الذي يوجد عليه والأقطاب مثبتة على خط حركة المحرك وجسم العامل المقابل في الماكينة. عادة ما يتم تصميم المرساة كمرساة منخفضة القصور الذاتي. حجم وتكلفة المحرك كبير ، حيث يلزم وجود عدد كبير من الأعمدة لتوفير الحركة على طول جزء معين من الطريق.
بدء تشغيل محركات التيار المستمر
في اللحظة الأولى لبدء تشغيل المحرك ، يكون المحرك ثابتًا وعكسه. إلخ. ج- الجهد الكهربي في المحرك يساوي صفرًا ، وبالتالي Ip = U / Rya.
مقاومة دائرة المحرك صغيرة ، لذلك يتجاوز تيار التدفق 10 - 20 مرة أو أكثر اسمية. هذا يمكن أن يسبب بشكل كبير الجهود الكهروديناميكية في لفائف المحرك والسخونة الزائدة ، بسبب بدء استخدام المحرك بدء المتغيرات المتغيرة - المقاومة النشطة المدرجة في دائرة المحرك.
يمكن بدء تشغيل المحركات حتى 1 كيلو واط مباشرة.
يتم تحديد قيمة مقاومة ريوستات البداية وفقًا لتيار البدء المسموح به للمحرك. يتم إجراء مقاومة متغيرة على مراحل لتحسين سلاسة بدء تشغيل المحرك الكهربائي.
في بداية البداية ، يتم إدخال المقاومة الكاملة لمقاوم متغير. مع زيادة سرعة المرساة ، هناك عداد. د. s ، مما يحد من تيارات الاندفاع. يزيل تدريجياً مقاومة المتغيرة تدريجياً من دائرة المحرك ، ويزداد الجهد المقدم إلى عضو الإنتاج.
محرك كهربائي للتحكم في السرعة بتيار مباشر
سرعة محرك DC:
حيث U هو جهد الإمداد ؛ Iya - تيار المحرك ؛ Ri هي مقاومة المحرك للدائرة ؛ kc - معامل يميز النظام المغناطيسي ؛ F هو التدفق المغناطيسي للمحرك الكهربائي.
من الصيغة ، يمكن ملاحظة أنه يمكن ضبط سرعة دوران المحرك الكهربائي المباشر بثلاث طرق: عن طريق تغيير تدفق الإثارة للمحرك الكهربائي ، وتغيير الجهد المقدم للمحرك الكهربائي ، وتغيير المقاومة في دوائر المحرك .
تلقت طريقتا التحكم الأوليان الاستخدام الأكثر انتشارًا ، ونادراً ما يتم استخدام الطريقة الثالثة: فهي غير اقتصادية وتعتمد سرعة المحرك بشكل كبير على تقلبات الحمل. تظهر الخواص الميكانيكية الناتجة في الشكل.
الخصائص الميكانيكية لمحرك DC مع طرق مختلفة للتحكم في السرعة
الخط الغامق هو الاعتماد الطبيعي للسرعة على عزم دوران العمود ، أو ما هو نفسه ، على تيار المحرك. ينحرف الخط المستقيم ذو الخصائص الميكانيكية الطبيعية إلى حد ما عن الخط الأفقي المتقطع. يسمى هذا الانحراف عدم الاستقرار ، وعدم الصلابة ، وأحيانًا الدولة. مجموعة من الخطوط المستقيمة غير المتوازية I تتوافق مع تنظيم السرعة عن طريق الإثارة ، ويتم الحصول على خطوط مستقيمة متوازية II نتيجة لتغيير جهد المحرك ، وأخيراً المروحة III هي نتيجة لإدخال مقاومة نشطة في دائرة المحرك.
يمكن التحكم في حجم تيار الإثارة لمحرك DC باستخدام مقاومة مقاومة متغيرة أو أي جهاز يمكن أن تتنوع مقاومته من حيث الحجم ، مثل الترانزستور. مع زيادة المقاومة في الدائرة ، يتناقص تيار المجال ، تزداد سرعة المحرك.عندما يضعف التدفق المغناطيسي ، تكون الخصائص الميكانيكية أعلى من الخصائص الطبيعية (أي أعلى من الخصائص في حالة عدم وجود مقاومة متغيرة). تؤدي زيادة سرعة المحرك إلى زيادة الشرارة تحت الفرشاة. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يعمل المحرك الكهربائي بتدفق ضعيف ، ينخفض استقرار تشغيله ، خاصة مع أحمال العمود المتغيرة. لذلك ، فإن حدود التحكم في السرعة بهذه الطريقة لا تتجاوز 1.25 - 1.3 مرة الاسمي.
يتطلب تنظيم الجهد مصدر تيار ثابت مثل مولد أو محول. يتم استخدام تنظيم مماثل في جميع أنظمة القيادة الكهربائية الصناعية: المولد - محرك التيار المباشر (G - DPT) ، ومضخم الآلة الكهربائية - محرك التيار المستمر (EMU - DPT) ، والمضخم المغناطيسي - محرك التيار المستمر (MU - DPT) ، محول الثايرستور - محرك DC (T - DPT).
أوقف المحركات الكهربائية التيار المباشر
تُستخدم ثلاث طرق للفرملة في المحركات الكهربائية ذات المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر: الكبح الديناميكي والتجدد والمعاكس.
يتم عمل محرك DC للفرملة الديناميكية عن طريق قصر دائرة لف المحرك أو المحرك المقاوم... حيث يبدأ محرك DC في العمل كمولد ، ويحول الطاقة الميكانيكية المخزنة إلى طاقة كهربائية. يتم إطلاق هذه الطاقة كحرارة في المقاومة التي يتم إغلاق لفائف المحرك. يضمن الكبح الديناميكي فرملة دقيقة للمحرك.
الكبح المتجدد يعمل محرك DC عند توصيله بالمحرك الكهربائي الرئيسي بواسطة آلية القيادة بسرعة تتجاوز سرعة الخمول المثالية. ثم د.الخ المستحث في لف المحرك سوف يتجاوز قيمة جهد الخط ، والتيار في لف المحرك سوف يعكس الاتجاه. يعمل المحرك الكهربائي في وضع المولد ، مما يمنح الطاقة للشبكة. في الوقت نفسه ، تحدث لحظة الكبح على عمودها. يمكن الحصول على مثل هذا الوضع في محركات آليات الرفع عند خفض الحمل ، وكذلك عند تنظيم سرعة المحرك وأثناء عمليات الكبح في المحركات الكهربائية ذات التيار المباشر.
الكبح المتجدد لمحرك DC هو الطريقة الأكثر اقتصادا ، لأنه في هذه الحالة يتم إرجاع الكهرباء إلى الشبكة. في المحرك الكهربائي لآلات قطع المعادن ، تُستخدم هذه الطريقة للتحكم في السرعة في أنظمة G - DPT و EMU - DPT.
يتم إيقاف محرك DC المعارض عن طريق تغيير قطبية الجهد والتيار في ملف المحرك. عندما يتفاعل تيار المحرك مع المجال المغناطيسي لملف الإثارة ، يتم إنشاء عزم الكبح ، والذي يتناقص مع انخفاض سرعة دوران المحرك الكهربائي. عندما تنخفض سرعة المحرك الكهربائي إلى الصفر ، يجب فصل المحرك الكهربائي عن الشبكة ، وإلا فإنه سيبدأ في الدوران في الاتجاه المعاكس.