Gleichstrommotoren

Gleichstrom-Elektromotoren werden in diesen Elektroantrieben dort eingesetzt, wo ein großer Drehzahlregelbereich, eine hohe Genauigkeit bei der Aufrechterhaltung der Drehzahl des Antriebs und eine Drehzahlregelung oberhalb der Nenndrehzahl erforderlich sind.

Wie funktionieren Gleichstrommotoren?

Der Betrieb eines Gleichstrom-Elektromotors basiert auf das Phänomen der elektromagnetischen Induktion… Aus den Grundlagen der Elektrotechnik ist bekannt, dass ein stromdurchflossener Leiter verlegt wird Magnetfeld, die durch die linke Regel bestimmte Kraft wirkt:

F = BIL,

Dabei ist I der durch den Draht fließende Strom, V die Induktion des Magnetfelds; L ist die Länge des Drahtes.

Wenn der Draht die magnetischen Feldlinien der Maschine nach innen kreuzt, wird er induziert elektromotorische Kraft, das in Bezug auf den Strom im Leiter gegen ihn gerichtet ist, daher wird es als entgegengesetzt oder entgegengesetzt (contra-d. d. s) bezeichnet. Die elektrische Leistung im Motor wird in mechanische Leistung umgewandelt und teilweise zum Erhitzen des Drahtes verwendet.

Konstruktiv bestehen alle Gleichstrom-Elektromotoren aus einer Induktivität und einem durch einen Luftspalt getrennten Anker.

Der Induktor eines Gleichstrommotors dient zur Erzeugung eines stationären Magnetfelds der Maschine und besteht aus einem Rahmen, Haupt- und Zusatzpolen. Der Rahmen dient zur Befestigung der Haupt- und Hilfspole und ist ein Element des Magnetkreises der Maschine. An den Hauptpolen befinden sich Erregerspulen, die ein Magnetfeld der Maschine erzeugen sollen, an den Zusatzpolen eine spezielle Spule zur Verbesserung der Kommutierungsbedingungen.

Anker-Elektromotor Gleichstrom besteht aus dem aus einzelnen Blechen zusammengesetzten Magnetsystem, der in den Nuten platzierten Arbeitsspule und Kollektor dient der Annäherung an die Arbeitsspule mit konstantem Strom.

Ein Kollektor ist ein Zylinder, der auf der Motorwelle aufgespießt und einzeln auf Kupferplatten einzeln ausgewählt wird. Der Kollektor verfügt über Spannvorsprünge, an denen die Enden der Abschnitte mit Spulenankern verlötet sind. Die Stromabnahme vom Kollektor erfolgt über Bürsten, die einen Gleitkontakt mit dem Kollektor herstellen. In Bürstenhaltern befestigte Bürsten, die sie in einer bestimmten Position halten und für den nötigen Bürstendruck auf der Oberfläche des Kollektors sorgen. Bürsten und Bürstenhalter sind an der Traverse befestigt und mit dem Elektromotor des Gehäuses verbunden.

Kommutierung in Gleichstrom-Elektromotoren

Wenn ein Elektromotor läuft, bewegen sich die Gleichstrombürsten, die auf der Oberfläche des rotierenden Kollektors gleiten, nacheinander von einer Kollektorplatte zur anderen. In diesem Fall werden die parallelen Abschnitte der Ankerwicklung geschaltet und der Strom in ihnen ändert sich. Die Stromänderung erfolgt, während die Spulenwindung durch die Bürste kurzgeschlossen wird. Dieser Schaltvorgang und damit verbundene Phänomene werden Kommutierung genannt.

Im Moment des Schaltens wird im kurzgeschlossenen Abschnitt der Spule unter dem Einfluss des eigenen Magnetfelds e induziert. usw. V. Selbstinduktion. Das resultierende e. usw. c. verursacht einen zusätzlichen Strom im Kurzschluss, der zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Stromdichte auf der Kontaktfläche der Bürsten führt. Dieser Umstand gilt als Hauptgrund für die Lichtbogenbildung des Kollektors unter der Bürste. Die Qualität der Kommutierung wird anhand des Funkenbildungsgrads unterhalb der Hinterkante der Bürste beurteilt und durch die Skala des Funkenbildungsgrads bestimmt.

Methoden zur Erregung von Gleichstrommotoren

Ich errege elektrische Maschinen und verstehe die Entstehung eines Magnetfelds in ihnen, das für den Betrieb eines Elektromotors notwendig ist. Schaltungen zur Erregung von Gleichstrommotoren sind in der Abbildung dargestellt.

Schaltungen zur Erregung von Gleichstrommotoren: a – unabhängig, b – parallel, c – in Reihe, d – gemischt

Je nach Erregungsart werden Gleichstrom-Elektromotoren in vier Gruppen eingeteilt:

1. Unabhängig erregt, wobei die NOV-Erregerspule von einer externen Gleichstromquelle gespeist wird.

2. Mit paralleler Erregung (Shunt), bei der die Erregerwicklung SHOV parallel zur Versorgungsquelle der Ankerwicklung geschaltet ist.

3. Mit Reihenerregung (Serie), wobei die IDS-Erregerwicklung in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet ist.

4. Gemischt erregte (kombinierte) Motoren mit Serien-IDS und parallelem SHOV der Erregerwicklung.

Arten von Gleichstrommotoren

Gleichstrommotoren unterscheiden sich vor allem in der Art der Erregung. Motoren können unabhängig, seriell oder gemischt erregt sein.Parallel dazu kann die Aufregung vernachlässigt werden. Auch wenn die Feldwicklung an dasselbe Netz angeschlossen ist, aus dem der Ankerkreis gespeist wird, hängt auch in diesem Fall der Erregerstrom nicht vom Ankerstrom ab, da das Versorgungsnetz als Netz unendlicher Leistung betrachtet werden kann und Die Spannung ist dauerhaft.

Die Feldwicklung ist immer direkt mit dem Netz verbunden und daher hat die Einführung eines zusätzlichen Widerstands in den Ankerkreis keinen Einfluss auf den Erregermodus. Die Besonderheiten, dass es existiert mit paralleler Erregung in den Generatoren, es kann nicht hier sein.

Gleichstrommotoren mit geringer Leistung verwenden häufig eine Permanentmagneterregung. Gleichzeitig wird die Schaltung zum Einschalten des Motors deutlich vereinfacht und der Kupferverbrauch reduziert. Dabei ist jedoch zu beachten, dass trotz abgeschalteter Erregerwicklung die Abmessungen und das Gewicht des Magnetsystems nicht geringer sind als bei elektromagnetischer Erregung der Maschine.

Die Eigenschaften von Motoren werden maßgeblich durch ihr System bestimmt. Aufregung.

Je größer der Motor, desto größer das natürliche Drehmoment und damit auch die Leistung. Daher können Sie bei höherer Drehzahl und gleichen Abmessungen mehr Motorleistung erzielen. In dieser Hinsicht werden in der Regel Gleichstrommotoren ausgelegt, insbesondere mit geringer Leistung bei hoher Drehzahl – 1000–6000 U/min.

Allerdings ist zu bedenken, dass die Drehzahl der Arbeitskörper der Produktionsmaschinen deutlich geringer ist. Daher muss zwischen Motor und Arbeitsmaschine ein Getriebe eingebaut werden.Je höher die Motordrehzahl, desto komplexer und teurer wird das Getriebe. Bei Hochleistungsanlagen, bei denen das Getriebe eine teure Einheit ist, sind die Motoren auf deutlich niedrigere Drehzahlen ausgelegt.

Es ist auch zu bedenken, dass ein mechanisches Getriebe immer einen erheblichen Fehler mit sich bringt. Daher ist es in Präzisionsanlagen wünschenswert, Motoren mit niedriger Drehzahl zu verwenden, die direkt oder über einfachste Getriebe mit den Arbeitskörpern verbunden werden können. In diesem Zusammenhang entstanden sogenannte Motoren mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Diese Motoren werden häufig in Metallbearbeitungsmaschinen eingesetzt, wo sie mit Verdrängungskörpern ohne Zwischenverbindungen über Kugelumlaufspindeln angelenkt werden.

Elektromotoren unterscheiden sich auch im Design, wenn sich die Merkmale auf die Betriebsbedingungen beziehen. Für normale Bedingungen werden sogenannte offene und geschützte Motoren verwendet, luftgekühlte Räume, in denen sie installiert sind.

Mithilfe eines auf der Motorwelle angebrachten Ventilators wird Luft durch die Kanäle der Maschine geblasen. In aggressiven Umgebungen werden geschlossene Motoren eingesetzt, die durch eine äußere Rippenoberfläche oder einen externen Luftstrom gekühlt werden. Schließlich sind spezielle Motoren für explosionsgefährdete Bereiche erhältlich.

Spezifische Anforderungen an die Konstruktion des Motors werden dann gestellt, wenn eine hohe Leistung – ein schneller Ablauf von Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen – gewährleistet werden muss. In diesem Fall muss der Motor eine spezielle Geometrie haben – einen kleinen Ankerdurchmesser bei großer Länge.

Um die Induktivität der Wicklung zu verringern, wird diese nicht in den Kanälen, sondern auf der Oberfläche eines glatten Ankers verlegt.Die Spule wird mit Klebstoffen wie Epoxidharz befestigt. Bei geringer Spuleninduktivität ist es wichtig, dass die Kommutierungsbedingungen des Kollektors verbessert werden, es sind keine zusätzlichen Pole erforderlich, es kann ein Kollektor mit kleineren Abmessungen verwendet werden. Letzteres reduziert das Trägheitsmoment des Motorankers weiter.

Noch größere Möglichkeiten zur Reduzierung der mechanischen Trägheit bietet die Verwendung eines Hohlankers, bei dem es sich um einen Zylinder aus Isoliermaterial handelt. Auf der Oberfläche dieses Zylinders befindet sich eine Wicklung, die durch Drucken, Prägen oder Zeichnen nach einer Schablone auf einer speziellen Maschine hergestellt wurde. Die Spule wird mit Klebematerialien befestigt.

Im Inneren eines rotierenden Zylinders zur Erzeugung von Pfaden ist ein Stahlkern für den Durchgang des magnetischen Flusses erforderlich. Bei Motoren mit glatten und hohlen Ankern erhöht sich aufgrund der Vergrößerung der Lücken im Magnetkreis durch das Einbringen von Wicklungen und Isoliermaterialien die erforderliche Magnetisierungskraft zur Leitung des erforderlichen Magnetflusses erheblich. Dementsprechend erweist sich das Magnetsystem als weiter entwickelt.

Zu den Motoren mit geringer Trägheit zählen auch Scheibenankermotoren. Scheiben, auf denen die Wicklungen aufgebracht oder aufgeklebt sind, aus einem dünnen Isoliermaterial, das sich nicht verformt, beispielsweise Glas. Ein Magnetsystem in der bipolaren Ausführung besteht aus zwei Klammern, von denen eine die Erregerspulen beherbergt. Aufgrund der geringen Induktivität der Ankerwicklung verfügt die Maschine in der Regel über keinen Kollektor und der Strom wird durch Bürsten direkt aus der Wicklung abgeführt.

Erwähnenswert ist auch der Linearmotor, der keine Drehbewegung und keine Translationsbewegung ermöglicht.Es repräsentiert den Motor, das Magnetsystem, auf dem er sich befindet, und die Pole sind auf der Bewegungslinie des Ankers und des entsprechenden Arbeitskörpers der Maschine montiert. Der Anker ist üblicherweise als Anker mit geringer Trägheit ausgelegt. Die Größe und die Kosten des Motors sind hoch, da eine beträchtliche Anzahl von Masten erforderlich ist, um die Bewegung entlang eines bestimmten Straßenabschnitts zu ermöglichen.

Starten von Gleichstrommotoren

Im ersten Moment des Motorstarts ist der Anker stationär und entgegengesetzt. usw. c. iSpannung im Anker ist gleich Null, daher Ip = U / Rya.

Der Widerstand des Ankerkreises ist gering, sodass der Einschaltstrom das 10- bis 20-fache oder mehr des Nennwerts übersteigt. Dies kann erhebliche Folgen haben elektrodynamische Anstrengungen in der Ankerwicklung und deren übermäßiger Überhitzung, wodurch der Motor in Betrieb genommen wird Anlaufwiderstände — aktive Widerstände im Ankerkreis.

Motoren bis 1 kW können direkt gestartet werden.

Der Widerstandswert des Anlaufwiderstandes wird entsprechend dem zulässigen Anlaufstrom des Motors gewählt. Der Rheostat wird in Stufen hergestellt, um den reibungslosen Start des Elektromotors zu verbessern.

Zu Beginn des Starts wird der gesamte Widerstand des Rheostaten eingegeben. Mit zunehmender Ankergeschwindigkeit kommt es zu einem Gegen-E. D. s, wodurch die Einschaltströme begrenzt werden. Durch schrittweises Entfernen des Widerstands des Rheostaten vom Ankerkreis erhöht sich die dem Anker zugeführte Spannung.

Drehzahlregelung Elektromotor Gleichstrom

Drehzahl des Gleichstrommotors:

wobei U die Versorgungsspannung ist; Iya – Ankerstrom; Ri ist der Ankerwiderstand des Stromkreises; kc – Koeffizient, der das magnetische System charakterisiert; F ist der magnetische Fluss des Elektromotors.

Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Drehzahl des Gleichstrommotors auf drei Arten angepasst werden kann: durch Änderung des Erregerflusses des Elektromotors, durch Änderung der dem Elektromotor zugeführten Spannung und durch Änderung des Widerstands in Ankerkreisen .

Die ersten beiden Steuerungsmethoden sind am weitesten verbreitet, die dritte Methode wird selten verwendet: Sie ist unwirtschaftlich und die Motordrehzahl hängt erheblich von Lastschwankungen ab. Die resultierenden mechanischen Eigenschaften sind in Abb. dargestellt.

Mechanische Eigenschaften eines Gleichstrommotors mit verschiedenen Drehzahlregelungsmethoden

Die fette Linie stellt die natürliche Abhängigkeit der Drehzahl vom Wellendrehmoment bzw. vom Ankerstrom dar. Die gerade Linie mit natürlichen mechanischen Eigenschaften weicht etwas von der horizontalen gestrichelten Linie ab. Diese Abweichung wird Instabilität, Nichtstarrheit, manchmal auch Etatismus genannt. Eine Gruppe nichtparalleler Geraden I entspricht der Geschwindigkeitsregelung durch Erregung, parallele Geraden II entstehen durch Änderung der Ankerspannung, Lüfter III schließlich ist das Ergebnis der Einführung eines aktiven Widerstands in den Ankerkreis.

Die Größe des Erregerstroms eines Gleichstrommotors kann mit einem Rheostat oder einem anderen Gerät gesteuert werden, dessen Widerstand in der Größe variiert werden kann, beispielsweise einem Transistor. Wenn der Widerstand im Stromkreis zunimmt, nimmt der Feldstrom ab und die Motordrehzahl steigt.Wenn der magnetische Fluss schwächer wird, liegen die mechanischen Eigenschaften über den natürlichen (dh über den Eigenschaften ohne Rheostat). Eine Erhöhung der Motordrehzahl führt zu einer stärkeren Funkenbildung unter den Bürsten. Wenn der Elektromotor mit geschwächtem Fluss arbeitet, nimmt außerdem die Stabilität seines Betriebs ab, insbesondere bei variablen Wellenlasten. Daher überschreiten die Geschwindigkeitsbegrenzungen auf diese Weise nicht das 1,25- bis 1,3-fache des Nennwerts.

Die Spannungsregelung erfordert eine Konstantstromquelle wie einen Generator oder Konverter. Eine ähnliche Regelung wird in allen industriellen elektrischen Antriebssystemen verwendet: Generator – Gleichstromantrieb (G – DPT), elektrischer Maschinenverstärker – Gleichstrommotor (EMU – DPT), magnetischer Verstärker – Gleichstrommotor (MU – DPT), Thyristorwandler — Gleichstrommotor (T — DPT).

Stoppen Sie Gleichstrommotoren

Bei elektrischen Antrieben mit Gleichstrom-Elektromotoren kommen drei Bremsmethoden zum Einsatz: dynamisches, regeneratives und gegenläufiges Bremsen.

Das dynamische Bremsen eines Gleichstrommotors erfolgt durch Kurzschließen der Ankerwicklung des Motors oder durch Widerstand… Dabei beginnt ein Gleichstrommotor als Generator zu arbeiten und wandelt gespeicherte mechanische Energie in elektrische Energie um. Diese Energie wird als Wärme im Widerstand abgegeben, an den die Ankerwicklung angeschlossen ist. Dynamisches Bremsen sorgt für eine präzise Motorbremsung.

Der regenerative Gleichstrommotor bremst, wenn er an das Stromnetz angeschlossen ist. Der Elektromotor wird vom Antriebsmechanismus mit einer Drehzahl gedreht, die über der idealen Leerlaufdrehzahl liegt. Dann d.In der Motorwicklung induzierte Spannungen usw. übersteigen den Netzspannungswert und der Strom in der Motorwicklung ändert seine Richtung. Ein Elektromotor arbeitet im Generatorbetrieb und gibt Energie an das Netz ab. Gleichzeitig entsteht an seiner Welle ein Bremsmoment. Ein solcher Modus kann bei Antrieben von Hubwerken beim Absenken der Last sowie bei der Drehzahlregelung des Motors und bei Bremsvorgängen bei Elektroantrieben mit Gleichstrom erreicht werden.

Das regenerative Bremsen eines Gleichstrommotors ist die wirtschaftlichste Methode, da in diesem Fall der Strom in das Netz zurückgespeist wird. Beim elektrischen Antrieb von Zerspanungsmaschinen wird dieses Verfahren zur Drehzahlregelung in den Systemen G — DPT und EMU — DPT eingesetzt.

Das Stoppen des Gegenstrommotors erfolgt durch Ändern der Polarität der Spannung und des Stroms in der Ankerwicklung. Bei der Wechselwirkung des Ankerstroms mit dem Magnetfeld der Erregerspule entsteht ein Bremsmoment, das mit abnehmender Drehzahl des Elektromotors abnimmt. Sinkt die Drehzahl eines Elektromotors auf Null, muss der Elektromotor vom Netz getrennt werden, sonst beginnt er sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.