motores DC

Motores elétricos de corrente contínua são usados ​​nesses acionamentos elétricos onde uma ampla faixa de controle de velocidade, alta precisão na manutenção da velocidade rotacional do acionamento e controle de velocidade acima da velocidade nominal são necessários.

Como funcionam os motores DC?

A operação de um motor elétrico DC é baseada em o fenômeno da indução eletromagnética… Sabe-se desde os fundamentos da engenharia elétrica que um condutor de corrente é colocado campo magnético, a força determinada pela regra da esquerda atua:

F = BIL,

onde I é a corrente que flui através do fio, V é a indução do campo magnético; L é o comprimento do fio.

Quando o fio cruza as linhas do campo magnético da máquina para dentro, ele é induzido força eletromotriz, que, em relação à corrente no condutor, é direcionado contra ele, por isso é chamado de oposto ou oposto (contra-d. d. s). A energia elétrica no motor é convertida em energia mecânica e é parcialmente gasta aquecendo o fio.

Estruturalmente, todos os motores elétricos DC consistem em um indutor e uma armadura separados por um entreferro.

O indutor de corrente contínua do motor elétrico serve para criar um campo magnético estacionário da máquina e consiste em uma estrutura, pólos principais e adicionais. A moldura é utilizada para fixar os polos principal e auxiliar e é um elemento do circuito magnético da máquina. Bobinas excitantes estão localizadas nos pólos principais, projetadas para criar um campo magnético da máquina, em pólos adicionais - uma bobina especial para melhorar as condições de comutação.

A corrente contínua do motor elétrico âncora consiste no sistema magnético montado a partir de folhas individuais, a bobina de trabalho colocada nas ranhuras e colecionador serve para a aproximação da corrente constante da bobina de trabalho.

Um coletor é um cilindro empalado no eixo do motor e selecionado de amigo a amigo isolado em placas de cobre. O coletor possui saliências de armar, nas quais as extremidades das seções são armaduras de bobinas soldadas. A coleta de corrente do coletor é feita por meio de escovas que proporcionam contato deslizante com o coletor. Escovas fixadas em porta-escovas que as mantêm em determinada posição e proporcionam a pressão necessária da escova na superfície do coletor. As escovas e os porta-escovas são fixados na travessa, conectados ao motor elétrico do corpo.

Comutação em motores elétricos DC

Quando um motor elétrico está funcionando, as escovas DC deslizando na superfície do coletor rotativo passam sucessivamente de uma placa coletora para outra. Nesse caso, as seções paralelas do enrolamento da armadura são trocadas e a corrente nelas muda. A mudança na corrente ocorre enquanto a volta da bobina é curto-circuitada pela escova. Este processo de comutação e fenômenos relacionados são chamados de comutação.

No momento da comutação, e é induzido na seção em curto-circuito da bobina sob a influência de seu próprio campo magnético. etc. v. auto-indução. O resultado e. etc. c. causa corrente adicional no curto-circuito, o que cria uma distribuição desigual da densidade de corrente na superfície de contato das escovas. Esta circunstância é considerada a principal razão para o arco do coletor sob a escova. A qualidade da comutação é julgada pelo grau de centelhamento abaixo da borda de fuga da escova e é determinada pela escala do grau de centelhamento.

Métodos de excitação de motores elétricos de corrente contínua

Excitados por máquinas elétricas, entendo a criação de um campo magnético nelas, necessário para o funcionamento de um motor elétrico... Circuitos para excitação de motores elétricos de corrente contínua mostrados na figura.

Circuitos para excitação de motores DC: a — independente, b — paralelo, c — série, d — misto

De acordo com o método de excitação, os motores elétricos DC são divididos em quatro grupos:

1. Excitado independentemente onde a bobina de excitação NOV é alimentada por uma fonte DC externa.

2. Com excitação paralela (shunt), na qual o enrolamento de excitação SHOV é conectado em paralelo com a fonte de alimentação do enrolamento da armadura.

3. Com excitação em série (série), onde o enrolamento de excitação do IDS é conectado em série com o enrolamento da armadura.

4. Motores de excitação mista (combinados) que possuem IDS em série e SHOV em paralelo do enrolamento de excitação.

Tipos de motores DC

Os motores CC diferem principalmente na natureza da excitação. Os motores podem ser de excitação independente, série e mista.Paralelamente, a excitação pode ser negligenciada. Mesmo que o enrolamento de campo esteja conectado à mesma rede da qual o circuito de armadura é alimentado, também neste caso a corrente de excitação não depende da corrente de armadura, pois a rede de alimentação pode ser considerada uma rede de potência infinita e a voltagem é permanente.

O enrolamento de campo é sempre conectado diretamente à rede e, portanto, a introdução de resistência adicional no circuito de armadura não afeta o modo de excitação. As especificidades que existe com excitação paralela nos geradores, não pode ser aqui.

Motores CC de baixa potência geralmente usam excitação de ímã permanente. Ao mesmo tempo, o circuito para ligar o motor é significativamente simplificado, o consumo de cobre é reduzido. Deve-se notar, no entanto, que embora o enrolamento de campo esteja desligado, as dimensões e o peso do sistema magnético não são menores do que com a excitação eletromagnética da máquina.

As propriedades dos motores são amplamente determinadas pelo seu sistema. excitação.

Quanto maior o tamanho do motor, maior o torque natural e, consequentemente, a potência. Portanto, com uma velocidade de rotação maior e as mesmas dimensões, você pode obter mais potência do motor. A este respeito, como regra, os motores DC são projetados, especialmente com baixa potência em alta velocidade - 1.000-6.000 rpm.

No entanto, você deve ter em mente que a velocidade de rotação dos corpos de trabalho das máquinas de produção é significativamente menor. Portanto, uma caixa de câmbio deve ser instalada entre o motor e a máquina de trabalho.Quanto maior a rotação do motor, mais complexa e cara a caixa de câmbio se torna. Em instalações de alta potência, onde a caixa de câmbio é uma unidade cara, os motores são projetados em velocidades significativamente mais baixas.

Também deve-se ter em mente que uma caixa de câmbio mecânica sempre apresenta um erro significativo. Portanto, em instalações de precisão, é desejável usar motores de baixa velocidade, que podem ser conectados diretamente aos corpos de trabalho ou através da transmissão mais simples. Nesse contexto, surgiram os chamados motores de alto torque em baixas rotações. Esses motores são amplamente utilizados em máquinas de corte de metais, onde são articulados com corpos de deslocamento sem conexões intermediárias por meio de fusos de esferas.

Os motores elétricos também diferem em design quando os sinais estão relacionados às condições de operação. Para condições normais, são utilizados os chamados motores abertos e protegidos, salas refrigeradas a ar nas quais são instalados.

O ar é soprado pelos dutos da máquina por meio de um ventilador colocado no eixo do motor. Motores fechados refrigerados por uma superfície aletada externa ou uma corrente de ar externa são usados ​​em ambientes agressivos. Finalmente, estão disponíveis motores especiais para atmosfera explosiva.

Requisitos específicos para o projeto do motor são apresentados quando é necessário garantir alto desempenho — um fluxo rápido de processos de aceleração e desaceleração. Nesse caso, o motor deve ter uma geometria especial - um pequeno diâmetro da armadura com seu comprimento longo.

Para reduzir a indutância do enrolamento, ele não é colocado nos canais e na superfície de uma armadura lisa.A bobina é fixada com adesivos como resina epóxi. Com baixa indutância da bobina é essencial que as condições de comutação do coletor sejam melhoradas, não há necessidade de pólos adicionais, pode-se utilizar um coletor de dimensões menores. Este último reduz ainda mais o momento de inércia da armadura do motor.

Possibilidades ainda maiores para reduzir a inércia mecânica fornecem o uso de uma armadura oca, que é um cilindro de material isolante. Na superfície deste cilindro está localizado um enrolamento feito por impressão, estampagem ou desenho em um gabarito em uma máquina especial. A bobina é fixada com materiais adesivos.

Dentro de um cilindro rotativo para criar caminhos, é necessário um núcleo de aço para a passagem do fluxo magnético. Em motores com armaduras lisas e ocas, devido ao aumento das folgas no circuito magnético devido à introdução de enrolamentos e materiais isolantes neles, a força de magnetização necessária para conduzir o fluxo magnético necessário aumenta significativamente. Consequentemente, o sistema magnético acaba por ser mais desenvolvido.

Motores de baixa inércia também incluem motores de armadura de disco. Discos nos quais os enrolamentos são aplicados ou colados, feitos de um material isolante fino que não deforma, por exemplo, vidro. Um sistema magnético na versão bipolar consiste em dois grampos, um dos quais aloja as bobinas de excitação. Devido à baixa indutância do enrolamento da armadura, a máquina, via de regra, não possui coletor, sendo a corrente retirada por escovas diretamente do enrolamento.

Também deve ser mencionado sobre o motor linear, que não fornece movimento rotativo e translacional.Representa o motor, o sistema magnético no qual está localizado e os polos são montados na linha de movimento da armadura e o correspondente corpo de trabalho da máquina. A âncora é geralmente projetada como uma âncora de baixa inércia. O tamanho e o custo do motor são grandes, pois um número significativo de postes é necessário para fornecer movimento ao longo de um determinado trecho da estrada.

Partida de motores DC

No momento inicial de partida do motor, a armadura está estacionária e oposta. etc. c. itensão na armadura é igual a zero, portanto Ip = U / Rya.

A resistência do circuito de armadura é pequena, então a corrente de irrupção excede 10 - 20 vezes ou mais a nominal. Isso pode causar significativa esforços eletrodinâmicos no enrolamento da armadura e seu superaquecimento excessivo, devido ao qual o motor começa a ser usado iniciando reostatos — resistências ativas incluídas no circuito da armadura.

Motores de até 1 kW podem ser iniciados diretamente.

O valor da resistência do reostato de partida é selecionado de acordo com a corrente de partida permitida do motor. O reostato é feito em etapas para melhorar a suavidade de partida do motor elétrico.

No início da partida, toda a resistência do reostato é inserida. À medida que a velocidade da âncora aumenta, ocorre um contra-e. d. s, que limita as correntes de irrupção Removendo gradualmente, passo a passo, a resistência do reostato do circuito da armadura, a tensão fornecida à armadura aumenta.

Corrente contínua do motor elétrico de controle de velocidade

Velocidade do motor CC:

onde U é a tensão de alimentação; Iya — corrente de armadura; Ri é a resistência de armadura do circuito; kc — coeficiente que caracteriza o sistema magnético; F é o fluxo magnético do motor elétrico.

A partir da fórmula, pode-se ver que a velocidade de rotação da corrente contínua do motor elétrico pode ser ajustada de três maneiras: alterando o fluxo de excitação do motor elétrico, alterando a tensão fornecida ao motor elétrico e alterando a resistência nos circuitos de armadura .

Os dois primeiros métodos de controle receberam o uso mais difundido, o terceiro método raramente é usado: é antieconômico e a velocidade do motor depende significativamente das flutuações de carga. As propriedades mecânicas resultantes são mostradas na Fig.

Características mecânicas de um motor DC com diferentes métodos de controle de velocidade

A linha em negrito é a dependência natural da velocidade do torque do eixo, ou, o que é o mesmo, da corrente de armadura. A linha reta com características mecânicas naturais se desvia um pouco da linha tracejada horizontal. Esse desvio é chamado de instabilidade, não rigidez, às vezes estatismo. Um grupo de retas não paralelas I corresponde à regulação da velocidade por excitação, as retas paralelas II são obtidas como resultado da alteração da tensão da armadura, finalmente o ventilador III é o resultado da introdução de resistência ativa no circuito da armadura.

A magnitude da corrente de excitação de um motor DC pode ser controlada usando um reostato ou qualquer dispositivo cuja resistência possa variar em magnitude, como um transistor. À medida que a resistência no circuito aumenta, a corrente de campo diminui e a velocidade do motor aumenta.Em Quando o fluxo magnético enfraquece, as características mecânicas estão acima das naturais (ou seja, acima das características na ausência de um reostato). Um aumento na rotação do motor leva a um aumento nas faíscas sob as escovas. Além disso, quando o motor elétrico opera com fluxo enfraquecido, a estabilidade de sua operação diminui, especialmente com cargas de eixo variáveis. Portanto, os limites de controle de velocidade dessa maneira não excedem 1,25 - 1,3 vezes o nominal.

A regulação de tensão requer uma fonte de corrente constante, como um gerador ou conversor. Regulamento semelhante é usado em todos os sistemas de acionamento elétrico industrial: gerador - acionamento de corrente contínua (G - DPT), amplificador de máquina elétrica - motor DC (EMU - DPT), amplificador magnético - motor DC (MU - DPT), conversor tiristor — Motor CC (T — DPT).

Pare os motores elétricos de corrente contínua

Três métodos de frenagem são usados ​​em acionamentos elétricos com motores elétricos DC: frenagem dinâmica, regenerativa e de oposição.

A frenagem dinâmica do motor DC é feita por curto-circuito no enrolamento da armadura do motor ou por resistor… Em que um motor DC passa a funcionar como um gerador, convertendo a energia mecânica armazenada em energia elétrica. Essa energia é liberada como calor na resistência à qual o enrolamento da armadura é fechado. A frenagem dinâmica garante uma frenagem precisa do motor.

O motor CC de frenagem regenerativa funciona quando conectado à rede elétrica, o motor é girado pelo mecanismo de acionamento a uma velocidade que excede a velocidade de marcha lenta ideal. Então d.etc.s induzida no enrolamento do motor excederá o valor da tensão da linha, a corrente no enrolamento do motor inverterá a direção. Um motor elétrico passa a funcionar em modo gerador, fornecendo energia para a rede. Ao mesmo tempo, ocorre um momento de frenagem em seu eixo. Tal modo pode ser obtido nos acionamentos de mecanismos de elevação ao abaixar a carga, bem como ao regular a velocidade do motor e durante os processos de frenagem em acionamentos elétricos com corrente contínua.

A frenagem regenerativa de um motor DC é o método mais econômico, pois neste caso a eletricidade é devolvida à rede. No acionamento elétrico de máquinas de corte de metal, este método é usado para controle de velocidade nos sistemas G — DPT e EMU — DPT.

A parada do motor CC de oposição é feita alterando a polaridade da tensão e corrente no enrolamento da armadura. Quando a corrente da armadura interage com o campo magnético da bobina de excitação, é criado um torque de frenagem, que diminui à medida que a velocidade de rotação do motor elétrico diminui. Quando a velocidade de um motor elétrico diminui a zero, o motor elétrico deve ser desconectado da rede, caso contrário, ele começará a girar na direção oposta.