DC-Motoren

Electrical Engineering
 

Overview

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Die Gleichstrommaschine arbeitet mit DC-Ströme und Spannungen im Gegensatz zu einer AC-Maschine, die AC-Ströme und Spannungen benötigt. DC-Maschinen waren die ersten erfunden werden und nutzen zwei Magnetfelder, die durch DC-Ströme gesteuert werden. Die gleiche Maschine kann leicht sein, einen Motor oder Generator, wenn entsprechende Feld Erregung vorliegt, da die DC-Maschine verfügt über zwei Felder bezeichnet Feld und Anker konfiguriert werden. Das Feld ist in der Regel auf der Seite der Stator und der Anker befindet sich auf der Rotor-Seite (Gegenteil oder Inside-out-im Vergleich zu AC-Maschinen). Feld Erregung kann durch Permanentmagnete oder einer Wicklung (Spule) bereitgestellt werden. Wenn der Armatur oder Rotor Spule Strom zugeführt wird, durchläuft es aus der DC-Quelle an der Spule Bürsten, die stationär und Schleifringe auf den drehenden Rotor berühren die Bürsten montiert sind. Wenn die Rotor Anker Spule eine stromführende Schleife ist und ein externes Feld aus dem Stator oder Feldmagnet ausgesetzt ist, wird eine Kraft auf die Schleife ausgeübt. Da die Schleife auf beiden Seiten des Motors mit Lager "hängt", erzeugt die Kraft ein Drehmoment, das wird die Rotorwelle zu drehen anstatt in eine andere Richtung zu bewegen.

Diese Drehung bewirkt, dass die magnetischen Felder zu richten, aber zur gleichen Zeit Schleifringe Schalter Seiten auf die Bürsten oder "pendeln", und dies ist, was als die Kommutierung-Prozess bekannt. Tritt dieser Kommutierung Stromfluss in der Spule Rotor umgekehrt und Magnetfelder gegen einander wieder, wodurch weitere Drehmoment in der gleichen Drehrichtung. Dieser Prozess wird fortgesetzt und die Rotorwelle dreht die motorische Aktion. Im Generatorbetrieb wird mechanische Drehung auf die Rotorwelle und Strom fließt aus dem Rotor bereitgestellt, nachdem es durch eine bewegliche Spule unter ein Magnetfeld induziert wird.

Die Maschinen, diskutiert in diesem Experiment haben eine Feldwicklung, anstatt Permanent-Magnete. Ein Kommutierung-Prozess, der im Gleichstrombetrieb Maschine ankommt nutzt Schleifringe und Bürsten, Energie aus dem Rotor (Anker) nach außen zu übertragen, da der Rotor ist Spinnen und Spinnen Drähte drehen und brechen würde. Allerdings haben diese Bürsten und Schleifringe große Zuverlässigkeit Nachteile, da sie regelmäßige Wartung erfordern, Ersatz, Reinigung, putzen und Funkenbildung verursachen können. Dies führte zu Ersatz für die meisten DC-Maschinen von AC-Maschinen, die diese Probleme nicht haben, und restlichen DC-Maschinen haben meist Permanent-Magnet-Feld-Anregung, wie z. B. in Spielzeug und einfache Low-Power-Tools. AC Maschinen genannt bürstenlosen DC-Maschinen (oder BLDCs) sind AC-Maschinen, die einen DC Quelle und macht elektronische Wechselrichter Wechselspannungen aus den Wechselrichter zu nutzen.

Das Ziel dieses Experiments ist es, zwei wichtigsten DC Maschinenkonfigurationen testen: Shunt und Serie. Tests sollen das verbleibende Flussmittel in der Maschine zu schätzen und die Leerlauf- und be-Merkmale verschiedener Konfigurationen zu studieren.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Elektrotechnik und Informationstechnik. DC-Motoren. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Sind vier wichtigsten Varianten von Gleichstrommaschinen vorhanden: separat aufgeregt, Shunt, Serien und Verbindung. Diese Konfigurationen werden klassifiziert, basierend auf dem Standort der Bereich Anregung, wo das Feld eines der magnetischen Felder notwendig ist, die Maschine als Motor oder Generator zu betreiben. Da die Feldwicklung durch einen DC-Quelle angetrieben wird, kann diese Quelle das gleiche wie das Einschalten der Gleichstrommotor Anker, oder getrennt sein kann. Wenn getrennt, die Maschine bezeichnet "separat aufgeregt", und wenn nicht, die Position der Feldwicklung in der Motor-Schaltung bestimmt, welche Art der Konfiguration ist. Wenn die Erregerwicklung parallel mit der Armatur Wicklung um zu sehen, die gleichen Spannungsquelle Einschalten des Ankers befindet, ist die Maschine in der parallel- oder Shunt-Konfiguration.

Die Erregerwicklung ist in Serie mit der Armatur wicklung, so sie die gleichen Stromfluss haben die Maschine in der Serienkonfiguration. Wenn beide Wicklungen verfügbar sind, d. h. Shunt und Serie Wicklungen verwendet, dann ist die Maschine in der zusammengesetzten Konfiguration. Die separat aufgeregt Konfiguration ist unabhängig von den Anker und kann zur Unterstützung der verschiedenen Last durch automatische Steuerung geregelt werden. Allerdings Shunt, Serien und zusammengesetzte Konfigurationen zeichnen aktuelle aus der gleichen Quelle Anker und sind daher von der Last und Anker Spannungsänderungen betroffen.

Mit kein Feld Anregung Restmagnetismus durch das restliche Magnetfeld (λR) in der Maschine fungiert als Quelle für Nebenfach Erregung. Dies kann einen weiteren Begriff in der hinteren e.m.f. (EA) Gleichung ausgedrückt werden "λRω" zusätzlich zu "KIFω" wo ω ist die mechanische Geschwindigkeit der Maschine. Für eine zusammengesetzte Gleichstrommaschine ist also EA ,

EA= KshichFshω+ KSeichFseω+ λRω, (1)

wo "Se" steht für die Serie "sh" steht für Shunt und K Begriffe sind Feldkonstanten, die Feld Aktueller und mechanische Geschwindigkeit auf der hinteren e.m.f. Remember beziehen, dass K -Werte konstant sind, bis eine Sättigung erreicht ist, nach dem sättigt EA auf einen bestimmten Wert.

Im Idealfall wird angenommen, dass λR Null sein, aber das ist nicht realistisch. Um λRzu bestimmen, ist eine Gleichstrommaschine als Generator ohne Shunt oder Serie Erregung und im Leerlauf laufen. So messen die Klemmenspannung VA=EA. Wenn ω gemessen wird, kann λR bestimmt werden. EA ist eine charakteristische Spannung von Gleichstrommaschinen, eine Spannung, die Anker-Spannung zur Strombegrenzung in die Maschine der Zähler. Im Motorbetrieb, EA ist kleiner als die Anker-Spannung, und die höhere EA führt zu weniger Ankerstrom ziehen. Es ist abhängig von der Wellendrehzahl wie in Gleichung 1 gezeigt, und daher eine höhere EA verursacht höhere Drehzahlen. In Generator Anwendungen ist EA die induzierte Spannung dreht ein Magnetfeld auf den Anker vs. Feld.

Für eine Shunt-Maschine Gleichung 1 hält immer noch, aber ichFse wird auf Null gesetzt; für eine Maschine der Serie Formel 1 hält immer noch, aber ichFsh wird auf Null gesetzt. Zusammengesetzte Maschinen können haben Shunt und Reihe geschaltet und lange oder kurze Form. Wenn beide Felder vorhanden sind, ihre Wirkung kann addieren oder widersprechen, wie durch den Anker zu sehen, und diese Konfigurationen sind kumulativ oder differenzielle bezeichnet. Diese Konfigurationen lässt sich durch Variation der Lage des Feldes Shunt vor oder nach dem Serienfeld, und indem er das Feld Ströme betreten oder verlassen ihre jeweiligen Punkte. Abb. 1-4 zeigen alle vier Konfigurationen.

Figure 1
Abbildung 1: Eine schematische Darstellung einer kumulativen lange Verbindung Konfiguration.

Figure 2
Abbildung 2: Eine schematische Darstellung einer kumulativen kurze Verbindung Konfiguration.

Figure 3
Abbildung 3: Eine schematische Darstellung einer differenziellen lange Verbindung Konfiguration.

Figure 4
Abbildung 4: Eine schematische Darstellung einer differenziellen kurze Verbindung Konfiguration.

Ziel dieses Experiments ist es, Strom vergleichen, Spannung und Ladung Beziehungen in Serie und Shunt konfiguriert Gleichstrommotoren. Da nur ein Hochleistungs-DC-Stromversorgung in dieser Demo verfügbar ist, wird separat aufgeregt Betrieb nicht abgedeckt. Bei Shunt und Serie Konfigurationen ist der Antriebsmotor der Gleichstromgenerator einen Synchronmotor, der seine Geschwindigkeit auf 1800 u/min reguliert. Jederzeit eine DC-Strommessung erforderlich ist, z. B. IA oder ichFsh, nutzen die digitalen Multimeter im Strombetrieb (überprüfen Sie die Anschlüsse auf dem Multi-Meter sind in der aktuellen Konfiguration).

Procedure

1. DC Tests

  1. Schließen Sie mit der Low-Power DC Stromversorgung beschränkt sich auf 0,8 A die Anschlussklemmen an DC Maschine Anker.
  2. Notieren Sie der Versorgung DC-Spannung und aktuelle Messwerte.
  3. Schätzen Sie den Widerstand der jede Wicklung.
  4. Wiederholen Sie für die anderen Wicklungen, rangieren Sie und Serienfeld, einzeln nacheinander.
  5. Schalten Sie aus und trennen Sie das Niederleistungs-DC-Netzteil.
  6. Die integrierten Feld Regelwiderstand auf maximalen Widerstand und Messen Sie seinen Widerstand zu.
  7. Der Serie Feld Regelwiderstand (extern) auf den maximalen Widerstand und Messen Sie seinen Widerstand zu.

(2) Prime Mover Setup und Restmagnetismus

Die Antriebsmaschine in diesem Experiment ist die Synchronmaschine als Motor arbeitet, die der DC Generator Rotor (Anker) dreht.

  1. Stellen Sie sicher, dass alle die Dreiphasen-Trennschalter, Synchronmotor Switch und DC-motor-Schalter ausgeschaltet sind.
  2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
  3. Verdrahten Sie die VARIAC mit Drehstrom-Steckdose und verbinden Sie das Setup in Abb. 5 gezeigt.
  4. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  5. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  6. Schalten Sie das Hochspannungs-DC-Netzteil.
  7. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
  8. Drücken Sie die "V / ich DIS" Taste auf dem Angebot zur Anzeige der Spannung und aktuellen Betriebspunkte. Stellen Sie den Regler Spannung 125 V.
    1. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" nicht.
  9. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf das DC Power Supply Panel.
  10. Steigern Sie langsam die VARIAC Ausgabe bis VAC1 120 V liest.
  11. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State Geschwindigkeit erreicht, umlegen Sie die Start/ausführen-Schalter in die Lauf-Position.
  12. Messen und Aufzeichnen der Drehzahl mit dem Blitzlicht und VAaufzeichnen.
  13. Schalten Sie das DC-Netzteil und dem VARIAC auf 0 % zurück.
  14. Zurücksetzen des "Start/ausführen" Schalters "Start".
  15. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter.

Figure 5
Abbildung 5 : Eine schematische Darstellung des gewusst wie: Einrichten der Antriebsmaschine. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

(3) DC Shunt Generator Charakterisierung

  1. Verbinden Sie auf der DC-Generator-Seite Feld Shunt parallel mit dem Anker-Feld wie in Abb. 6 dargestellt.
  2. Verwenden Sie der integrierten Regelwiderstand für RFsh(ext), und das Multimeter als ein Amperemeter, um ichFshzu messen.
  3. Halten Sie "S1" für einen No-load Test offen.
  4. Halten Sie "RFsh(ext)" bei maximalen Widerstand.
  5. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  6. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf das DC Power Supply Panel.
  7. Steigern Sie langsam die VARIAC Ausgabe bis VAC1 120 V liest.
  8. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State Geschwindigkeit erreicht, stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
  9. Die Wellendrehzahl mit der Blitzlicht Technik beschrieben an anderer Stelle zu messen.
  10. Datensatz VA bei diesem unbelastetem Zustand auf der DC-Generator-Seite.
  11. Reduzieren Sie RFsh(ext) , bis die Spannung in VA erzeugt rund 150 V ist.
  12. Nach diesem Punkt reduzieren "RFsh(ext)" in fünf Schritten der fast gleich bis die minimale Widerstand erreicht wird.
    1. Messen Sie für jeden Schritt VA und ichFsh.
  13. Lassen Sie den Mindestwert RFsh(ext) .
  14. Die DC-Stromversorgung ausschalten.
  15. Die VARIAC Ausgang auf 0 % reduzieren.
  16. Bewegen Sie das Amperemeter messen ichFsh IAzu messen.
  17. Starten Sie das Setup erneut, wie oben beschrieben.
  18. 300 Ω RL gesetzt, und aktivieren Sie "S1". VA und IAzu messen.
  19. Schalten Sie ab "S1" RL auf 200 Ω, dann schalten Sie "S1". Maßnahme VA, und ichA.
  20. Schalten Sie ab "S1" RL auf 100 Ω, dann schalten Sie "S1". Maßnahme VA, und ichA.
  21. Schalten Sie das DC-Netzteil und dem VARIAC Ausgang auf 0 % gesetzt.
  22. Die synchron-Generator Seite des Setups intakt zu halten.
  23. Trennen Sie der DC Generator Verbindungen.
  24. Zurücksetzen des "Start/ausführen" Schalters "Start".
  25. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter.

Figure 6
Abbildung 6 : Eine schematische Darstellung des Shunts DC Generator Setup. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

4. DC Serie Generator Charakterisierung

  1. Verbinden Sie auf der DC-Generator-Seite Serienfeld in Reihe mit dem Anker-Feld wie in Abb. 7 dargestellt.
    1. Verwenden Sie die externe Regelwiderstand für RFse(ext).
    2. Verwenden Sie den integrierten Regelwiderstand als RL und haben Sie es auf maximalen Widerstand.
    3. Halten Sie "S1" für einen No-load Test offen.
    4. Halten Sie R-Fse(ext) maximalen Widerstand.
  2. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  3. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf das DC Power Supply Panel.
  4. Steigern Sie langsam die VARIAC Ausgabe bis VAC1 120 V liest.
  5. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State Geschwindigkeit erreicht, stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
    1. Maßnahme VA bei diesem unbelastetem Zustand auf der DC-Generator-Seite.
  6. Aktivieren Sie "S1" und reduzieren Sie RFse(ext) , da musste ungleich Null VAzu sehen.
  7. Variieren Sie RL in fünf Schritten fast gleich bis die 50 % Einstellung erreicht ist, legen Sie auf 300 Ω und schalten Sie "S1". Messen Sie die Geschwindigkeit VAund IA.
    1. Schalten Sie ab "S1" RL auf 200 Ω, dann schalten Sie "S1". Messen Sie die Geschwindigkeit VAund IA.
    2. Schalten Sie ab "S1" RL auf 100 Ω, dann schalten Sie "S1". Messen Sie die Geschwindigkeit VAund IA.
  8. Die DC-Stromversorgung ausschalten.
    1. Die VARIAC Ausgang auf 0 % gesetzt.
    2. Die synchron-Generator Seite des Setups intakt zu halten.
    3. Trennen Sie der DC Generator Verbindungen.
    4. Zurücksetzen des "Start/ausführen" Schalters "Start".
  9. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter.
  10. Demontieren Sie alle Drähte und Meter.

Figure 7
Abbildung 7 : Eine schematische Darstellung der Serie DC Generator Setup. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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DC-Motoren, Antriebstechnik, kleine Spielzeuge und aufladbare Elektrowerkzeuge bis hin zu Elektrofahrzeugen. Diese elektromechanischen Maschinen bestehen aus einer inneren leitfähige Spule, genannt den Anker und einem äußeren Magneten, genannt Stator. Eine DC-Quelle liefert Strom an den Anker durch einen Kommutator abrutschen. Induktion, elektromagnetische Kraft und Drehung der Schleife ermöglicht. Das Ausmaß der elektromagnetischen Kraft hängt vom Winkel zwischen dem Magnetfeld und der Spule, Schwankungen Drehmoments mit Rotation erstellen. Mehreren Wicklungen, Abstand um den Anker minimieren Drehmomentschwankungen und verhindern, dass der Kommutator Form das Netzteil kurzschließen. Der Kommutator Abrutschen wechselt in regelmäßigen Abständen die Richtung der Strom durch die Spule, die weitere Ausrichtung der magnetischen Felder zu verhindern. Dieses Video führt DC motor Konfigurationen und zeigt die Messung von DC motor Gebrauchseigenschaften, wie Drehzahl, Strom, und die Spannung mit unterschiedlicher Ladung.

Permanent-Magnet-Statere in DC-Maschinen sind die häufigsten, jedoch kann wenn die Statere Magnetfeld durch Dirigent Wicklungen, Leistungsmerkmale wie Drehzahl und Drehmoment Ausgabe produziert wird durch elektrisches Feld Design modifiziert werden. Beispielsweise bezieht sich die Geschwindigkeit auf die Spannung des Motors, die Motorkraft Electro oder EMF genannt entwickelt. Ebenso ist das Drehmoment proportional zum Strom. Diese Eigenschaften variieren je nach Bauart des Motors und Einfluss der Motorkonstruktion ausgewählt für bestimmte Anwendungen. Die vier grundlegenden elektronischen Konfigurationen von DC-Maschinen sind separat aufgeregt, Shunt, Serien und Verbindung. Separat aufgeregt Motoren verwenden getrennte Netzteile für das Feld und Anker, unabhängige Kontrolle unterschiedlicher Belastung unterstützen. Shunt-Design, die häufigste Konfiguration sind Feld Wicklungen parallel zur Armatur Last, mit einer gemeinsamen DC-Versorgung verbunden. Dies bietet einstellbare Geschwindigkeit mit unterschiedlicher Ladung, die in Werkzeugmaschinen und Centrifical Pumpen sinnvoll ist. In Serienkonfiguration treibt eine Gleichstromversorgung Feld und Anker in Serie. Dies liefert höhere Anlaufmoment für die Überwindung von intertial Lasten in Ausrüstung, wie Züge, Aufzüge und Hebezeuge. Zusammengesetzte Design-Motoren für hohe Anlaufmoment und Drehzahlregelung Shunt und Serienschaltungen verwenden. Das Shunt-Feld kann vor oder nach der Serienfeld laden. Nun, da die Konfigurationen von Gleichstrommotoren skizziert haben, wird die Analyse von Strom, Spannung und Ladung Beziehungen in Nebenschlussmotoren DC nachgewiesen werden.

Die erhobenen Daten in den DC-Tests lässt sich Ersatzschaltbild Modelle zu bauen, wenn nötig. Setzen Sie vor der Messung der elektrischen Eigenschaften des Gleichstrommotors Schwachstrom DC liefern zu 0,8 Ampere, und schließen Sie die Anschlussklemmen an der Maschine-Anker Notieren Sie sich die Versorgung Spannung und Strom. Als Nächstes verwenden Sie ein Multimeter zum Messen von Spannung und Strom über die Armatur wicklung der Shunt-Feld und das Serienfeld. Verwenden Sie die Daten, um den Widerstand in jeder Komponente zu schätzen. Nach der Messung der grundlegenden Eigenschaften der DC-motor-Generator, die eingebaute in Feld Regelwiderstand an den maximalen Einstellungen und Messen Sie seinen Widerstand zu. Zu guter Letzt externe Serie Feld Regelwiderstand auf seine Obergrenze festgelegt und seinen Widerstand zu messen.

Im Anschluss an die DC-motor-Tests wird eine Synchronmaschine der Gleichstrommaschine Anker gedreht. Somit ist der Gleichstrommaschine als Generator, ohne Feld Erregung, dann ohne Last laufen. Unter diesen Bedingungen entspricht die Klemmenspannung EMF. Die Drehzahl des Generators wird gemessen und zur Berechnung des Magnetismus, die durch den Anker in der Abwesenheit von Erregung der Spule, genannt Restmagnetismus zurückgehalten. Zuerst überprüfen Sie, ob die drei-Phasen-Synchronmotor, DC-Motor und trennen sind alle ausgeschaltet. Dann befestigen Sie ein kleines Stück Klebeband an den DC motor Außenrotor. Nach der Überprüfung auf Null Prozent der variac festgelegt ist, die variac Draht mit dem 3-Phasen-Ausgang. Schließen Sie dann das Setup, wie gezeigt. Dann überprüfen Sie den Startschalter laufen in die Startposition. Im Anschluss an die Anpassungen der variac bestätigen Sie, dass alle Verbindungen die Anschlussklemmen zu entnehmen sind. Schalten Sie erst dann der 3-Phasen-Trennschalter. Als nächstes biegen Sie auf die hohe Spannung DC-Stromversorgung, drücken Sie VI Anzeige aktuelle operative Ende anzeigen und Einstellen des Spannung Reglers bis 125 Volt. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" nicht vor Spannung Einstellknopf. Drücken Sie die Start Taste DC Versorgung Energieleiste, und das Gerät einschalten. Als nächstes, steigern Sie variac Ausgabe langsam, bis die Klemmenspannung 120 Volt liest. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State-Drehzahl erreicht, flip laufen Startschalter ausgeführt. Achten Sie auf Maschine Klangveränderungen. Der Klang der Maschine wird monoton im Steady-State. Verwenden Sie das Blitzlicht, um die Bewegung des Motors Einfrieren durch die Synchronisation der Strobe-Rate der motor Drehzahl. Das Band an den Rotor angeschlossen wird stationär angezeigt, wenn die Blitzleuchte synchronisiert wird. Bestätigen Sie, dass diese Rate die Geschwindigkeit des Motors ist durch langsame Steigerung der Strobe-Rate um den Lüfter auf die nächste höchste Rate zu synchronisieren. Wenn du es richtig, werden doppelte der beobachteten Strobe Synchronisierung erstklassig. Dieses Start-up-Sequenz wird vor jedem nachfolgenden Testlauf wiederholt werden. Nach dem Start notieren Sie die Drehzahl des Motors und die Anker-Spannung. Verwenden Sie diese Daten anschließend die verbleibende magnetische Feldstärke berechnen.

DC-Maschinen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Sobald die Betriebsparameter von verschiedenen Maschinen gekennzeichnet sind, können sie basierend auf Design-Spezifikationen für ein bestimmtes Gerät gewählt werden. Der Gleichstromgenerator kann in verschiedenen Konfigurationen, wie z. B. die Shunt-Konfiguration charakterisiert werden. Mit Schalter S1 geöffnet, keine Lasttests sind Feld Ende Last Widerstandskämpfer auf das Maximum eingestellt. Dann sind die Wellendrehzahl und Klemmenspannung aufgezeichnet, wie zuvor beschrieben. Der Shunt-Widerstand wird in fünf Schritten reduziert, bis die minimale Widerstand erreicht ist. Und die Spannung und Strom in der Shunt-Widerstand gemessen. Der Motor kann mit simulierten Lasten mit Lastwiderständen, nach dem gleichen Protokoll gemessen werden. Jede Art von DC-Generator hat eine eigene Spannung Stromausgang. Shunt-Generatoren bieten Spannung für ein breites Spektrum der Strombelastung, während Serie Generatoren zunehmende Spannung mit Strombelastung bieten. In einer Vielzahl von Anwendungen, wo eine drahtlose Stromquelle, wie motorisierte Prothesen bevorzugt, sind DC-Motoren der Antrieb der Wahl. In Neural gesteuerte untere Extremität Prothetik dienen entweder Oberfläche oder transdermale Sensoren senden Signale an motorisierten Gelenke in den Gliedmaßen Ersatz, viel wie in ein intaktes Bein. Tor und Fuß formuliert werden kontrolliert, mehr natürliche und intuitive Weise als mit steifen Glied Ersatz möglich wäre.

Sie sah nur Jupiters Einführung in DC-Motoren. Sie sollten jetzt verstehen, wie ein DC-Motor funktioniert und wie man seine Parameter charakterisieren. Danke fürs Zuschauen.

Results

Serie Wicklungen führen in der Regel Starkstrom Nennstrom an der Maschine bewertet Anker, da Serie und Anker Wicklungen in Reihe sind. Daher sollten Serie, die Wicklungen in der Größenordnung von ein mΩ, ein paar Ω. Shunt Wicklungen werden sollen auf der anderen Seite ziehen minimalen Strom von der Quelle der macht sie zusammen mit der Maschine Anker, und haben daher große Widerstandswerte von Dutzende bis Hunderte oder sogar Tausende von Ω.

Die restlichen λR abgeschätzt werden durch die Messung der Anker-Spannung im Leerlauf. Da diese unbelastetem Zustand, die hinteren e.m.f. und Anker Spannung sind die gleichen, und die hinteren e.m.f. (E-A) ist eine Funktion der λR so, dass EA=ichf λRωm wo Ichf ist das Feld aktuelle und ωm ist die mechanische Geschwindigkeit.

Jede Maschine hat eine eigene Spannung-Strom oder Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Der Vorteil der Shunt-Generatoren ist, dass sie Spannung liefern können, ohne jede Belastung bis zur Volllast, während Serie Generatoren geprägt sind, indem Sie nicht in der Lage, jede Spannung liefert, es sei denn, einige Last.

Applications and Summary

DC-Maschinen sind deutlich seltener als früher, vor der Erfindung des AC Induktion und Synchronmaschinen werden. Sie bleiben häufig in einfache low-Power-Anwendungen wie Spielzeug, kleine Roboter und legacy-Geräten. Permanentmagnet DC-Maschinen, die reichlich vorhandenen nicht-seltene-Erden-Magneten zu verwenden, sind häufiger als ihre Shunt und Serie Gegenteile aufgrund einfacher Erregung, vor allem bei niedrigen Kosten und geringer Komplexität Anwendungen.

1. DC Tests

  1. Schließen Sie mit der Low-Power DC Stromversorgung beschränkt sich auf 0,8 A die Anschlussklemmen an DC Maschine Anker.
  2. Notieren Sie der Versorgung DC-Spannung und aktuelle Messwerte.
  3. Schätzen Sie den Widerstand der jede Wicklung.
  4. Wiederholen Sie für die anderen Wicklungen, rangieren Sie und Serienfeld, einzeln nacheinander.
  5. Schalten Sie aus und trennen Sie das Niederleistungs-DC-Netzteil.
  6. Die integrierten Feld Regelwiderstand auf maximalen Widerstand und Messen Sie seinen Widerstand zu.
  7. Der Serie Feld Regelwiderstand (extern) auf den maximalen Widerstand und Messen Sie seinen Widerstand zu.

(2) Prime Mover Setup und Restmagnetismus

Die Antriebsmaschine in diesem Experiment ist die Synchronmaschine als Motor arbeitet, die der DC Generator Rotor (Anker) dreht.

  1. Stellen Sie sicher, dass alle die Dreiphasen-Trennschalter, Synchronmotor Switch und DC-motor-Schalter ausgeschaltet sind.
  2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
  3. Verdrahten Sie die VARIAC mit Drehstrom-Steckdose und verbinden Sie das Setup in Abb. 5 gezeigt.
  4. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  5. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  6. Schalten Sie das Hochspannungs-DC-Netzteil.
  7. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
  8. Drücken Sie die "V / ich DIS" Taste auf dem Angebot zur Anzeige der Spannung und aktuellen Betriebspunkte. Stellen Sie den Regler Spannung 125 V.
    1. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" nicht.
  9. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf das DC Power Supply Panel.
  10. Steigern Sie langsam die VARIAC Ausgabe bis VAC1 120 V liest.
  11. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State Geschwindigkeit erreicht, umlegen Sie die Start/ausführen-Schalter in die Lauf-Position.
  12. Messen und Aufzeichnen der Drehzahl mit dem Blitzlicht und VAaufzeichnen.
  13. Schalten Sie das DC-Netzteil und dem VARIAC auf 0 % zurück.
  14. Zurücksetzen des "Start/ausführen" Schalters "Start".
  15. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter.

Figure 5
Abbildung 5 : Eine schematische Darstellung des gewusst wie: Einrichten der Antriebsmaschine. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

(3) DC Shunt Generator Charakterisierung

  1. Verbinden Sie auf der DC-Generator-Seite Feld Shunt parallel mit dem Anker-Feld wie in Abb. 6 dargestellt.
  2. Verwenden Sie der integrierten Regelwiderstand für RFsh(ext), und das Multimeter als ein Amperemeter, um ichFshzu messen.
  3. Halten Sie "S1" für einen No-load Test offen.
  4. Halten Sie "RFsh(ext)" bei maximalen Widerstand.
  5. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  6. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf das DC Power Supply Panel.
  7. Steigern Sie langsam die VARIAC Ausgabe bis VAC1 120 V liest.
  8. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State Geschwindigkeit erreicht, stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
  9. Die Wellendrehzahl mit der Blitzlicht Technik beschrieben an anderer Stelle zu messen.
  10. Datensatz VA bei diesem unbelastetem Zustand auf der DC-Generator-Seite.
  11. Reduzieren Sie RFsh(ext) , bis die Spannung in VA erzeugt rund 150 V ist.
  12. Nach diesem Punkt reduzieren "RFsh(ext)" in fünf Schritten der fast gleich bis die minimale Widerstand erreicht wird.
    1. Messen Sie für jeden Schritt VA und ichFsh.
  13. Lassen Sie den Mindestwert RFsh(ext) .
  14. Die DC-Stromversorgung ausschalten.
  15. Die VARIAC Ausgang auf 0 % reduzieren.
  16. Bewegen Sie das Amperemeter messen ichFsh IAzu messen.
  17. Starten Sie das Setup erneut, wie oben beschrieben.
  18. 300 Ω RL gesetzt, und aktivieren Sie "S1". VA und IAzu messen.
  19. Schalten Sie ab "S1" RL auf 200 Ω, dann schalten Sie "S1". Maßnahme VA, und ichA.
  20. Schalten Sie ab "S1" RL auf 100 Ω, dann schalten Sie "S1". Maßnahme VA, und ichA.
  21. Schalten Sie das DC-Netzteil und dem VARIAC Ausgang auf 0 % gesetzt.
  22. Die synchron-Generator Seite des Setups intakt zu halten.
  23. Trennen Sie der DC Generator Verbindungen.
  24. Zurücksetzen des "Start/ausführen" Schalters "Start".
  25. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter.

Figure 6
Abbildung 6 : Eine schematische Darstellung des Shunts DC Generator Setup. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

4. DC Serie Generator Charakterisierung

  1. Verbinden Sie auf der DC-Generator-Seite Serienfeld in Reihe mit dem Anker-Feld wie in Abb. 7 dargestellt.
    1. Verwenden Sie die externe Regelwiderstand für RFse(ext).
    2. Verwenden Sie den integrierten Regelwiderstand als RL und haben Sie es auf maximalen Widerstand.
    3. Halten Sie "S1" für einen No-load Test offen.
    4. Halten Sie R-Fse(ext) maximalen Widerstand.
  2. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  3. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf das DC Power Supply Panel.
  4. Steigern Sie langsam die VARIAC Ausgabe bis VAC1 120 V liest.
  5. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State Geschwindigkeit erreicht, stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
    1. Maßnahme VA bei diesem unbelastetem Zustand auf der DC-Generator-Seite.
  6. Aktivieren Sie "S1" und reduzieren Sie RFse(ext) , da musste ungleich Null VAzu sehen.
  7. Variieren Sie RL in fünf Schritten fast gleich bis die 50 % Einstellung erreicht ist, legen Sie auf 300 Ω und schalten Sie "S1". Messen Sie die Geschwindigkeit VAund IA.
    1. Schalten Sie ab "S1" RL auf 200 Ω, dann schalten Sie "S1". Messen Sie die Geschwindigkeit VAund IA.
    2. Schalten Sie ab "S1" RL auf 100 Ω, dann schalten Sie "S1". Messen Sie die Geschwindigkeit VAund IA.
  8. Die DC-Stromversorgung ausschalten.
    1. Die VARIAC Ausgang auf 0 % gesetzt.
    2. Die synchron-Generator Seite des Setups intakt zu halten.
    3. Trennen Sie der DC Generator Verbindungen.
    4. Zurücksetzen des "Start/ausführen" Schalters "Start".
  9. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter.
  10. Demontieren Sie alle Drähte und Meter.

Figure 7
Abbildung 7 : Eine schematische Darstellung der Serie DC Generator Setup. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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DC-Motoren, Antriebstechnik, kleine Spielzeuge und aufladbare Elektrowerkzeuge bis hin zu Elektrofahrzeugen. Diese elektromechanischen Maschinen bestehen aus einer inneren leitfähige Spule, genannt den Anker und einem äußeren Magneten, genannt Stator. Eine DC-Quelle liefert Strom an den Anker durch einen Kommutator abrutschen. Induktion, elektromagnetische Kraft und Drehung der Schleife ermöglicht. Das Ausmaß der elektromagnetischen Kraft hängt vom Winkel zwischen dem Magnetfeld und der Spule, Schwankungen Drehmoments mit Rotation erstellen. Mehreren Wicklungen, Abstand um den Anker minimieren Drehmomentschwankungen und verhindern, dass der Kommutator Form das Netzteil kurzschließen. Der Kommutator Abrutschen wechselt in regelmäßigen Abständen die Richtung der Strom durch die Spule, die weitere Ausrichtung der magnetischen Felder zu verhindern. Dieses Video führt DC motor Konfigurationen und zeigt die Messung von DC motor Gebrauchseigenschaften, wie Drehzahl, Strom, und die Spannung mit unterschiedlicher Ladung.

Permanent-Magnet-Statere in DC-Maschinen sind die häufigsten, jedoch kann wenn die Statere Magnetfeld durch Dirigent Wicklungen, Leistungsmerkmale wie Drehzahl und Drehmoment Ausgabe produziert wird durch elektrisches Feld Design modifiziert werden. Beispielsweise bezieht sich die Geschwindigkeit auf die Spannung des Motors, die Motorkraft Electro oder EMF genannt entwickelt. Ebenso ist das Drehmoment proportional zum Strom. Diese Eigenschaften variieren je nach Bauart des Motors und Einfluss der Motorkonstruktion ausgewählt für bestimmte Anwendungen. Die vier grundlegenden elektronischen Konfigurationen von DC-Maschinen sind separat aufgeregt, Shunt, Serien und Verbindung. Separat aufgeregt Motoren verwenden getrennte Netzteile für das Feld und Anker, unabhängige Kontrolle unterschiedlicher Belastung unterstützen. Shunt-Design, die häufigste Konfiguration sind Feld Wicklungen parallel zur Armatur Last, mit einer gemeinsamen DC-Versorgung verbunden. Dies bietet einstellbare Geschwindigkeit mit unterschiedlicher Ladung, die in Werkzeugmaschinen und Centrifical Pumpen sinnvoll ist. In Serienkonfiguration treibt eine Gleichstromversorgung Feld und Anker in Serie. Dies liefert höhere Anlaufmoment für die Überwindung von intertial Lasten in Ausrüstung, wie Züge, Aufzüge und Hebezeuge. Zusammengesetzte Design-Motoren für hohe Anlaufmoment und Drehzahlregelung Shunt und Serienschaltungen verwenden. Das Shunt-Feld kann vor oder nach der Serienfeld laden. Nun, da die Konfigurationen von Gleichstrommotoren skizziert haben, wird die Analyse von Strom, Spannung und Ladung Beziehungen in Nebenschlussmotoren DC nachgewiesen werden.

Die erhobenen Daten in den DC-Tests lässt sich Ersatzschaltbild Modelle zu bauen, wenn nötig. Setzen Sie vor der Messung der elektrischen Eigenschaften des Gleichstrommotors Schwachstrom DC liefern zu 0,8 Ampere, und schließen Sie die Anschlussklemmen an der Maschine-Anker Notieren Sie sich die Versorgung Spannung und Strom. Als Nächstes verwenden Sie ein Multimeter zum Messen von Spannung und Strom über die Armatur wicklung der Shunt-Feld und das Serienfeld. Verwenden Sie die Daten, um den Widerstand in jeder Komponente zu schätzen. Nach der Messung der grundlegenden Eigenschaften der DC-motor-Generator, die eingebaute in Feld Regelwiderstand an den maximalen Einstellungen und Messen Sie seinen Widerstand zu. Zu guter Letzt externe Serie Feld Regelwiderstand auf seine Obergrenze festgelegt und seinen Widerstand zu messen.

Im Anschluss an die DC-motor-Tests wird eine Synchronmaschine der Gleichstrommaschine Anker gedreht. Somit ist der Gleichstrommaschine als Generator, ohne Feld Erregung, dann ohne Last laufen. Unter diesen Bedingungen entspricht die Klemmenspannung EMF. Die Drehzahl des Generators wird gemessen und zur Berechnung des Magnetismus, die durch den Anker in der Abwesenheit von Erregung der Spule, genannt Restmagnetismus zurückgehalten. Zuerst überprüfen Sie, ob die drei-Phasen-Synchronmotor, DC-Motor und trennen sind alle ausgeschaltet. Dann befestigen Sie ein kleines Stück Klebeband an den DC motor Außenrotor. Nach der Überprüfung auf Null Prozent der variac festgelegt ist, die variac Draht mit dem 3-Phasen-Ausgang. Schließen Sie dann das Setup, wie gezeigt. Dann überprüfen Sie den Startschalter laufen in die Startposition. Im Anschluss an die Anpassungen der variac bestätigen Sie, dass alle Verbindungen die Anschlussklemmen zu entnehmen sind. Schalten Sie erst dann der 3-Phasen-Trennschalter. Als nächstes biegen Sie auf die hohe Spannung DC-Stromversorgung, drücken Sie VI Anzeige aktuelle operative Ende anzeigen und Einstellen des Spannung Reglers bis 125 Volt. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" nicht vor Spannung Einstellknopf. Drücken Sie die Start Taste DC Versorgung Energieleiste, und das Gerät einschalten. Als nächstes, steigern Sie variac Ausgabe langsam, bis die Klemmenspannung 120 Volt liest. Wenn der Synchronmotor eine Steady-State-Drehzahl erreicht, flip laufen Startschalter ausgeführt. Achten Sie auf Maschine Klangveränderungen. Der Klang der Maschine wird monoton im Steady-State. Verwenden Sie das Blitzlicht, um die Bewegung des Motors Einfrieren durch die Synchronisation der Strobe-Rate der motor Drehzahl. Das Band an den Rotor angeschlossen wird stationär angezeigt, wenn die Blitzleuchte synchronisiert wird. Bestätigen Sie, dass diese Rate die Geschwindigkeit des Motors ist durch langsame Steigerung der Strobe-Rate um den Lüfter auf die nächste höchste Rate zu synchronisieren. Wenn du es richtig, werden doppelte der beobachteten Strobe Synchronisierung erstklassig. Dieses Start-up-Sequenz wird vor jedem nachfolgenden Testlauf wiederholt werden. Nach dem Start notieren Sie die Drehzahl des Motors und die Anker-Spannung. Verwenden Sie diese Daten anschließend die verbleibende magnetische Feldstärke berechnen.

DC-Maschinen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Sobald die Betriebsparameter von verschiedenen Maschinen gekennzeichnet sind, können sie basierend auf Design-Spezifikationen für ein bestimmtes Gerät gewählt werden. Der Gleichstromgenerator kann in verschiedenen Konfigurationen, wie z. B. die Shunt-Konfiguration charakterisiert werden. Mit Schalter S1 geöffnet, keine Lasttests sind Feld Ende Last Widerstandskämpfer auf das Maximum eingestellt. Dann sind die Wellendrehzahl und Klemmenspannung aufgezeichnet, wie zuvor beschrieben. Der Shunt-Widerstand wird in fünf Schritten reduziert, bis die minimale Widerstand erreicht ist. Und die Spannung und Strom in der Shunt-Widerstand gemessen. Der Motor kann mit simulierten Lasten mit Lastwiderständen, nach dem gleichen Protokoll gemessen werden. Jede Art von DC-Generator hat eine eigene Spannung Stromausgang. Shunt-Generatoren bieten Spannung für ein breites Spektrum der Strombelastung, während Serie Generatoren zunehmende Spannung mit Strombelastung bieten. In einer Vielzahl von Anwendungen, wo eine drahtlose Stromquelle, wie motorisierte Prothesen bevorzugt, sind DC-Motoren der Antrieb der Wahl. In Neural gesteuerte untere Extremität Prothetik dienen entweder Oberfläche oder transdermale Sensoren senden Signale an motorisierten Gelenke in den Gliedmaßen Ersatz, viel wie in ein intaktes Bein. Tor und Fuß formuliert werden kontrolliert, mehr natürliche und intuitive Weise als mit steifen Glied Ersatz möglich wäre.

Sie sah nur Jupiters Einführung in DC-Motoren. Sie sollten jetzt verstehen, wie ein DC-Motor funktioniert und wie man seine Parameter charakterisieren. Danke fürs Zuschauen.

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