直流電機:裝置、工作原理、特點、效率

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直流電機:裝置、工作原理、特點、效率
直流電機:裝置、工作原理、特點、效率
Anonim

很難想像沒有直流電動機(順便說一下,還有交流電動機)的現代世界會是什麼樣子。任何現代機構都配備了電動機。它可以有不同的目的,但它的存在通常是至關重要的。預計在不久的將來,直流電機的作用只會增加。今天,如果沒有這個設備,就不可能製造出速度可調的高質量、可靠和靜音的設備。但這是國家發展的關鍵,也是整個世界經濟發展的關鍵。

物理基礎

來自直流電機的歷史

在1821年的實驗中,著名科學家法拉第意外發現了磁鐵和載流導體互相影響。特別是,永磁體可以引起簡單的載流導體電路的旋轉。這些實驗的結果被用於進一步研究。

早在1833年,Thomas Davenport 就用小型電動馬達製作了火車模型。

1838年,俄羅斯帝國建造了一艘12座客船。當這艘電動船沿著涅瓦河逆流時,它在科學界引起了真正的情緒爆炸,不僅如此。

最簡單的電動機裝置

直流電機的工作原理

如果你從表面上看作業,就像他們在學校物理課上所做的那樣,它似乎絕對沒有什麼複雜的東西。但這只是乍一看。事實上,電力驅動科學是技術學科循環中最難的科學之一。在電動機的運行過程中,會出現許多複雜的物理現象,這些現像還沒有被完全理解,可以通過各種假設和假設來解釋。

在簡化版本中,直流電機的工作原理可以描述如下。將導體置於磁場中並通過電流。此外,如果我們考慮導體的橫截面,那麼在它周圍會出現不可見的同心圓力--這是由導體中的電流形成的磁場。如前所述,這些磁場對人眼是不可見的。但是有一個簡單的技巧可以讓您直觀地觀察它們。最簡單的方法是在膠合板或厚紙上打一個孔,讓電線穿過。在這種情況下,靠近孔的表面必須覆蓋一層薄薄的精細分散的磁性金屬粉末(也可以使用細鋸末)。當電路閉合時,粉末顆粒排列成磁場形狀。

其實直流電機的工作原理就是基於這種現象。載流導體放置在 U 形磁體的北極和南極之間。由於磁場的相互作用,金屬絲開始運動。運動方向取決於桿子的位置,可以通過所謂的gimlet rule精確確定。

安培強度

將載流導體推出永磁體磁場的力稱為安培力--以著名的電學現象研究員命名。電流的單位也是以他的名字命名的。

要找到這個力的數值,你需要將所考慮的導體中的電流乘以它的長度和磁場的大小(矢量)。

公式將如下所示:

F=IBL.

最簡單引擎的型號

粗略地說,要打造最原始的引擎,你需要在磁場中放置一個導電材料(電線)的框架,並為其通電。框架將旋轉到一定角度並停止。這個位置在專家的俚語中電驅動的區域稱為“死區”。停止的原因是,可以說,磁場得到了補償。換句話說,當合力變為零時,就會發生這種情況。因此,直流電機裝置不是一個框架,而是幾個框架。在一個真正的工業單元(安裝在設備上)中,可能有非常非常多的此類基本電路。所以,當一個框架上的力量平衡時,另一個框架把它帶出“昏迷”。

直流電機裝置

不同功率發動機裝置的特點

即使是遠離電氣工程世界的人也會立即意識到,沒有恆定磁場源,根本就沒有任何直流電動機的問題。各種設備都被用作這樣的來源。

對於低功率直流電機(12 伏或更低),永磁體是理想的解決方案。但是這個選項不適合大功率和大尺寸的設備:磁鐵太貴太重。因此,對於 220 V 或更高的直流電機,使用電感器(勵磁繞組)更為方便。為了使電感器成為磁場源,必須對其供電。

直流電機維修

電機設計

一般來說,任何直流電機的設計都包含以下要素:集電極、定子和電樞。

電樞用作電機繞組的軸承元件。它由用於電氣目的的薄鋼板組成,周邊有用於鋪設電線的凹槽。在這種情況下,製造材料非常重要。如前所述,使用電工鋼。該等級材料的特點是人工生長的晶粒尺寸大且柔軟(由於碳含量低)。此外,整個結構由薄的絕緣片組成。所有這些都不允許出現寄生電流並防止電樞過熱。

定子為固定件。它起到前面討論的磁鐵的作用。為了在實驗室中演示模型電機的操作,為了清楚起見和更好地理解原理,使用了具有兩個極的定子。真正的工業電機使用極對數較多的設備。

集電極是為直流電機的繞組電路提供電流的開關(連接器)。它的存在是絕對必要的。沒有它,引擎會運轉不平穩,不順暢。

數控機床驅動

各種引擎

沒有一種萬能的發動機可以在絕對所有技術領域和國民經濟中使用,並滿足運行過程中安全性和可靠性領域的所有要求。

選擇直流電機要非常小心。維修極其困難且昂貴只能由具有適當資格的人員執行的程序。而如果發動機的設計和性能不符合要求,那麼維修的費用將相當大。

直流電機主要有四種類型:有刷、逆變、單極和通用有刷直流電機。這些類型中的每一種都有其自身的積極和消極品質。應該對它們中的每一個進行簡要描述。

直流電機適用範圍

直流有刷電機

這種類型的電機有很多可能的實現方式:一個集電極偶數電路、幾個集電極和幾個繞組電路、三個集電極和相同的繞組匝數、四個集電極和兩個繞圈,四個收集器和四個電路在錨上,最後 - 八個收集器,一個沒有框架的錨。

這種引擎的特點是執行和生產比較簡單。也正因如此,它才被稱為萬能電機,應用範圍非常廣泛:從玩具遙控車到德國、日本製造的非常複雜的高科技數控機床。

關於變頻電機

一般來說,這種類型的引擎與收集器非常相似,並且具有相同的優點和缺點。唯一的區別在於啟動機制:它更多完美,可讓您輕鬆反轉速度並調整轉子速度。因此,這種直流電機的性能在多項參數上都優於集電極電機。

但是如果某件事有收穫,那麼在某些事情上就會有損失。這是不可否認的宇宙法則。所以在這種情況下:優勢是由一種相當複雜和反复無常的技術提供的,這種技術經常失敗。據經驗豐富的專家介紹,逆變式直流電機的維修難度很大。有時即使是經驗豐富的電工也無法診斷出系統故障。

直流電機繞組

單極直流電機的特點

工作原理保持不變,是基於導體磁場與電流和磁鐵的相互作用。但電流導體不是電線,而是繞軸旋轉的圓盤。電流供應如下:一個觸點閉合在金屬軸上,另一個觸點通過所謂的電刷連接金屬圓的邊緣。可以看出,這種發動機的設計相當複雜,因此經常出現故障。主要應用在電力物理和電驅動領域的科學研究。

萬能換向器電機的特點

這種引擎原則上不帶新東西。但它有一個非常重要的特性--能夠作為來自直流網絡和來自交流網絡。有時它的這一特性可以為設備的維修和現代化節省大量資金。

交流電頻率受到嚴格監管,為50赫茲。換句話說,帶負電粒子的運動方向每秒改變 50 次。有些人錯誤地認為電動機的轉子也必須每秒改變旋轉方向(順時針 - 逆時針)50 次。如果這是真的,那麼交流電動機的任何有用應用都將是不可能的。實際情況:使用最簡單的電容器使電樞和定子繞組的電流同步。因此,當電樞框架上的電流方向發生變化時,其在定子上的方向也會發生變化。因此,轉子不斷向一個方向旋轉。

很遺憾,這種直流電機的效率遠低於變頻和單極電機。因此,它的使用僅限於相當狹窄的區域 - 有必要不惜一切代價獲得最大的可靠性,而不考慮運營成本(例如,軍事工程)。

最後條款

技術並沒有停滯不前,今天世界各地的許多科學學校都在相互競爭,努力創造一種廉價且經濟的高效率和高性能的發動機。直流電動機的功率逐年增長,而它們的耗電量。

科學家預測,未來將由電氣設備決定,石油時代即將結束。

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