DCモーター

これらの電気駆動装置では直流電気モーターが使用されており、広範囲の速度制御、駆動装置の回転速度維持の高精度、および定格速度を超える速度制御が必要とされます。

DCモーターはどのように動作するのでしょうか?

DC 電気モーターの動作は次のことに基づいています。 電磁誘導現象… 電気工学の基礎から、電流が流れる導体が配置されていることは知られています。 磁場、左の法則によって決定される力が作用します。

F = BIL、

ここで、I はワイヤを流れる電流、V は磁場の誘導です。 Lはワイヤーの長さです。

ワイヤーが機械の磁力線を内側に横切ると、磁力線が誘導されます。 起電力、導体を流れる電流に関連して、導体に向かう方向であるため、反対または反対（contra-d. d. s）と呼ばれます。モーターの電力は機械的電力に変換され、一部はワイヤの加熱に費やされます。

構造的には、すべての DC 電気モーターは、エアギャップによって分離されたインダクターとアーマチュアで構成されます。

インダクタ電動機の直流は、機械の定常磁界を生成する役割を果たし、フレーム、主極、および追加の極で構成されます。フレームは主極と補助極を固定するために使用され、機械の磁気回路の要素です。励磁コイルは、機械の磁場を生成するように設計された主極と、転流条件を改善するための特別なコイルである追加の極に配置されています。

アンカー電気モーターの直流は、個々のシートから組み立てられた磁気システム、溝に配置された作動コイル、および コレクタ 動作コイル定電流へのアプローチに役立ちます。

コレクターはエンジンシャフトに突き刺さったシリンダーで、銅板上で孤立した友人から一人ずつ選択されます。コレクタにはコッキング突起があり、セクションの端にはコイルアーマチュアがはんだ付けされています。コレクタからの電流の収集は、コレクタと滑り接触するブラシを使用して行われます。ブラシはブラシ ホルダーに固定されており、ブラシを特定の位置に保持し、コレクターの表面に必要なブラシ圧力を提供します。ブラシとブラシ ホルダーはトラバースに固定され、本体の電気モーターに接続されています。

DC 電気モーターの整流

電気モーターが作動すると、回転するコレクタの表面を滑る DC ブラシが、あるコレクタ プレートから別のコレクタ プレートへと順番に移動します。この場合、電機子巻線の並列セクションが切り替わり、それらの並列セクション内の電流が変化します。電流の変化は、コイルターンがブラシによって短絡されている間に発生します。このスイッチング プロセスおよび関連する現象は転流と呼ばれます。

スイッチングの瞬間に、コイル自身の磁場の影響下でコイルの短絡部分に e が誘導されます。等v. 自己誘導。結果として得られる e.等c. 短絡回路に追加の電流が発生し、ブラシの接触面に電流密度の不均一な分布が生じます。この状況が、ブラシの下でコレクタがアーク放電する主な理由であると考えられます。整流の品質は、ブラシの後縁の下の火花の程度によって判断され、火花の程度のスケールによって決定されます。

電動機の励磁方法 直流

電気機械によって励起されると、電気モーターの動作に必要な磁場の生成を理解できます... 電気モーターの直流を励起する回路を図に示します。

DC モーターの励磁回路: a - 独立、b - 並列、c - 直列、d - 混合

励磁方法に従って、DC 電気モーターは 4 つのグループに分類されます。

1. NOV 励起コイルが外部 DC 電源から電力を供給される場合、独立して励起されます。

2. 並列励磁 (シャント) あり。励磁巻線 SHOV が電機子巻線の電源と並列に接続されます。

3. 直列励磁 (直列) の場合、IDS 励磁巻線が電機子巻線と直列に接続されます。

4. 励磁巻線の直列 IDS と並列 SHOV を備えた混合励磁 (複合) モーター。

DCモーターの種類

DC モーターは主に励磁の性質が異なります。モーターには、独立励磁、直列励磁、および混合励磁があります。同時に、興奮は無視できます。界磁巻線が電機子回路に給電されるのと同じネットワークに接続されている場合でも、この場合でも、給電ネットワークは無限電力のネットワークとみなすことができるため、励磁電流は電機子電流に依存しません。電圧は永久的です。

界磁巻線は常にグリッドに直接接続されているため、電機子回路に追加の抵抗を導入しても励磁モードには影響しません。それが存在するという詳細 発電機での並列励磁による、ここではありえません。

低電力 DC モーターは多くの場合、永久磁石励磁を使用します。同時に、モーターをオンにする回路が大幅に簡素化され、銅の消費量が削減されます。ただし、界磁巻線がオフになっても、磁気システムの寸法と重量は機械の電磁励起を使用した場合よりも小さくないことに注意してください。

エンジンの特性は主にそのシステムによって決まります。興奮。

エンジンのサイズが大きくなると、自然トルクが大きくなり、それに応じて出力も大きくなります。したがって、同じ寸法でより高い回転速度で、より多くのエンジンパワーを得ることができます。この点において、DC モーターは、原則として、特に高速 (1000 ～ 6000 rpm) での低出力で設計されています。

ただし、生産機械の作動体の回転速度は大幅に低いことに留意する必要があります。そのため、エンジンと作業機の間に変速機を設置する必要があります。エンジン速度が高くなるほど、ギアボックスはより複雑になり、高価になります。ギアボックスが高価なユニットである高出力設備では、エンジンは大幅に低速で設計されます。

また、機械式ギアボックスでは常に重大な誤差が生じることにも留意する必要があります。したがって、精密設備では、直接または最も単純なトランスミッションを介して作動体に接続できる低速モーターを使用することが望ましいです。これに関連して、低速回転で高トルクを発揮するいわゆるモーターが登場しました。これらのモーターは金属切断機で広く使用されており、ボールネジを使用した中間接続なしで変位本体と関節接続されています。

電気モーターの動作条件に関連する標識のデザインも異なります。通常の状態では、いわゆるオープンで保護されたエンジンが使用され、それらが設置されている空冷室が使用されます。

モーターシャフトに配置されたファンによって、機械のダクトに空気が吹き込まれます。外部フィン付き表面または外部空気流によって冷却される密閉型モーターは、厳しい環境で使用されます。最後に、特別な爆発性雰囲気エンジンが利用可能です。

高いパフォーマンス、つまり加速と減速のプロセスの迅速な流れを確保する必要がある場合、エンジンの設計に対する特定の要件が提示されます。この場合、エンジンは特殊な形状、つまり直径が小さく、長さが長いアーマチュアを持たなければなりません。

巻線のインダクタンスを低減するために、巻線はチャネル内には配置されず、滑らかなアーマチュアの表面に配置されます。コイルはエポキシ樹脂などの接着剤で固定されています。コイルのインダクタンスが低い場合、コレクタの転流条件を改善することが不可欠であり、極を追加する必要がなく、より小さい寸法のコレクタを使用できます。後者は、モーター電機子の慣性モーメントをさらに低減します。

絶縁材料のシリンダーである中空アーマチュアの使用により、機械的慣性を低減するさらに大きな可能性が得られます。このシリンダーの表面には、印刷、スタンピング、または特別な機械でテンプレートに描画することによって作られた巻線が配置されています。コイルは接着材で固定されています。

経路を作成する回転円筒の内部には、磁束を通過させるための鋼鉄コアが必要です。滑らかで中空の電機子を備えたモーターでは、磁気回路内に巻線や絶縁材料が導入されることにより磁気回路内のギャップが増加するため、必要な磁束を伝導するために必要な磁化力が大幅に増加します。したがって、磁気システムはより発展していることがわかります。

低慣性モーターには、ディスク アーマチュア モーターも含まれます。巻線が塗布または接着されるディスク。ガラスなど、変形しない薄い絶縁材料でできています。バイポーラバージョンの磁気システムは 2 つのクランプで構成され、そのうちの 1 つは励起コイルを収容します。電機子巻線のインダクタンスが低いため、機械には原則としてコレクタがなく、電流はブラシによって巻線から直接除去されます。

回転運動や並進運動を行わないリニアモーターについても言及する必要があります。これは、モーター、モーターが配置されている磁気システム、およびアーマチュアの運動線上に取り付けられた極と、機械の対応する作業者本体を表します。アンカーは通常、低慣性アンカーとして設計されます。道路の特定のセクションに沿って移動するにはかなりの数のポールが必要になるため、モーターのサイズとコストが大きくなります。

DCモーターの始動

モーターを始動した最初の瞬間、アーマチュアは反対側に静止しています。等c. 電機子の i 電圧はゼロに等しいため、Ip = U / Rya。

電機子回路の抵抗は小さいため、突入電流は公称の10～20倍以上となります。これにより重大な問題が発生する可能性があります 電気力学的取り組み 電機子巻線の異常な過熱により、モーターが使用され始めます。 始動調整器 — 電機子回路に含まれるアクティブ抵抗。

最大 1 kW のモーターを直接始動できます。

始動加減抵抗器の抵抗値は、モーターの許容始動電流に応じて選択されます。加減抵抗器は電気モーターの始動のスムーズさを向上させるために段階的に作られています。

始動の初めに、レオスタットの抵抗全体が入力されます。アンカー速度が上がるとカウンターeが発生します。 d.突入電流を制限し、電機子回路から加減抵抗器の抵抗を段階的に取り除くと、電機子に供給される電圧が増加します。

速度制御電動機直流

DC モーター速度:

ここで、U は電源電圧です。 Iya — 電機子電流。 Ri は回路の電機子抵抗です。 kc — 磁気システムを特徴付ける係数。 F は電気モーターの磁束です。

この式から、電動機の直流の回転速度は、電動機の励磁磁束を変える、電動機に供給する電圧を変える、電機子回路の抵抗を変えるという3つの方法で調整できることがわかります。 。

最初の 2 つの制御方法が最も広く使用されていますが、3 番目の方法はあまり使用されません。経済的ではなく、モーターの速度は負荷の変動に大きく依存します。得られた機械的特性を図に示します。

さまざまな速度制御方式による DC モーターの機械的特性

太線は、速度のシャフト トルクへの自然な依存性、または同様に電機子電流への依存性を示しています。自然な機械的特性を持つ直線は、水平の破線から若干ずれています。この逸脱は、不安定性、非剛直性、場合によっては統計性と呼ばれます。非平行直線群 I は励磁による速度調整に対応し、平行直線 II は電機子電圧を変化させた結果として得られ、最後にファン III は電機子回路にアクティブ抵抗を導入した結果です。

DC モーターの励磁電流の大きさは、加減抵抗器、またはトランジスタなど、抵抗の大きさを変更できるデバイスを使用して制御できます。回路内の抵抗が増加すると、界磁電流が減少し、モーター速度が増加します。磁束が弱まると、機械的特性は自然の特性よりも高くなります（つまり、加減抵抗器がない場合の特性よりも高くなります）。エンジン速度が増加すると、ブラシの下での火花が増加します。さらに、電気モーターが弱い磁束で動作すると、特に軸負荷が変動する場合、動作の安定性が低下します。したがって、この方法での速度制御制限は公称値の 1.25 ～ 1.3 倍を超えません。

電圧調整には、発電機やコンバータなどの定電流源が必要です。同様の規制がすべての産業用電気駆動システムで使用されています。発電機 - 直流駆動 (G - DPT)、電気機械増幅器 - DC モーター (EMU - DPT)、磁気増幅器 - DC モーター (MU - DPT)、 サイリスタコンバータ — DC モーター (T — DPT)。

電動機の直流を停止する

DC 電気モーターを使用した電気ドライブでは、動的ブレーキ、回生ブレーキ、および対抗ブレーキという 3 つのブレーキ方法が使用されます。

ダイナミックブレーキ DC モーターは、モーターの電機子巻線を短絡するか、 抵抗器… DC モーターが発電機として動作し始め、蓄積された機械エネルギーが電気エネルギーに変換されます。このエネルギーは、電機子巻線が閉じられている抵抗の熱として放出されます。ダイナミック ブレーキにより、正確なエンジン ブレーキが保証されます。

回生ブレーキ DC モーターは、主電源に接続された電気モーターが駆動機構によって理想的なアイドル速度を超える速度で回転するときに実行されます。次に、d.モーター巻線に誘導される電圧などが線間電圧値を超えると、モーター巻線の電流の方向が逆になります。電気モーターが発電機モードで動作し、ネットワークにエネルギーを供給します。同時に、シャフトに制動モーメントが発生します。このようなモードは、昇降機構の駆動装置において、負荷を下げるときだけでなく、モーターの速度を調整するときや、直流電気駆動装置の制動プロセス中にも得られます。

DC モーターの回生ブレーキは、電気が系統に返されるため、最も経済的な方法です。金属切断機の電気駆動では、この方式が G — DPT および EMU — DPT システムの速度制御に使用されます。

反対側の DC モーターの停止は、電機子巻線の電圧と電流の極性を変更することによって行われます。電機子電流が励磁コイルの磁界と相互作用すると、制動トルクが生成され、電気モーターの回転速度が低下するにつれて制動トルクも減少します。電気モーターの速度がゼロに低下すると、電気モーターをネットワークから切断する必要があります。切断しないと、電気モーターは逆方向に回転し始めます。