Overview
Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.
La machine DC fonctionne avec DC courants et tensions par opposition à une machine de AC, ce qui nécessite des tensions et courants alternatifs. Machines de DC ont été les premiers à inventer et à utiliser deux champs magnétiques qui sont contrôlés par le courant continu. La même machine peut être facilement modifiée pour être un moteur ou un générateur si l’excitation du champ approprié n’est disponible, puisque la machine DC comporte deux champs appelés champ et l’armature. Le domaine se trouve généralement du côté stator et l’armature est sur le côté du rotor (opposées ou dedans-dehors par rapport à AC machines). Excitation de champ peut être fournie par des aimants permanents ou un enroulement (bobine). Lorsque le courant est appliquée à la bobine d’armature ou de rotor, il traverse de la source CC à la bobine brosses qui sont fixes et tournants, montés sur le rotor tournant touchant les brosses. Lorsque la bobine d’armature de rotor est une boucle de courant et est exposée à un champ externe entre le stator ou le champ magnétique, une force est exercée sur la boucle. Étant donné que la boucle est « suspendu » des deux côtés du moteur à l’aide de roulements, la force produit un couple qui va tourner l’arbre du rotor plutôt que de déplacer dans n’importe quelle autre direction.
Cette rotation entraîne les champs magnétiques à aligner, mais en même temps, glisser anneaux changer de côté sur les pinceaux, ou « navette », et c’est ce qu’on appelle le processus de commutation. En cas de ce rachat, circuler le courant dans la bobine du rotor est inversé et les champs magnétiques s’opposent encore une fois, causant l’autre couple dans le même sens de rotation. Ce processus se poursuit et l’arbre du rotor tourne action moteur fournissant. Dans le fonctionnement du générateur, rotation mécanique est fournie à l’arbre du rotor et actuel sort le rotor après qu’il est induit en raison d’une bobine mobile sous un champ magnétique.
Les machines discutés dans cette expérience ont un enroulement de champ au lieu des aimants permanents. Un processus de commutation qui est essentiel au fonctionnement de la machine DC utilise des bagues collectrices et brosses pour transférer l’énergie du rotor (induit) vers le monde extérieur puisque le rotor est filature et avoir filature fils auraient tordre et les briser. Toutefois, ces brosses et collecteurs tournants présentent des inconvénients majeurs de fiabilité car ils nécessitent un entretien régulier, brosse de remplacement, nettoyage et peuvent provoquer des étincelles. Cela a conduit au remplacement de la plupart des machines DC par AC machines qui n’ont pas ces problèmes, et autres machines CC ont pour la plupart excitation de champ à un aimant permanent, comme dans les jouets et outils simples de faible puissance. "Machines" AC appelés brushless DC machines (ou BLDCs) sont des machines de AC qui utilisent un DC source et puissance inverseur électronique pour obtenir des tensions AC de l’onduleur.
L’objectif de cette expérience est de tester deux configurations principales de machine DC : shunt et série. Essais ont pour but d’estimer le flux résiduel dans la machine et à étudier les caractéristiques à vide et le chargement des configurations différentes.
Principles
Il existe quatre principales configurations de machines cc : séparément excités, shunt, série et composé. Ces configurations sont classées selon l’emplacement de l’excitation du champ, où le champ est l’un des champs magnétiques nécessaires au fonctionnement de la machine comme un moteur ou un générateur. Étant donné que l’inducteur est alimenté par une source DC, cette source peut être le même que celui équipant l’induit du moteur DC, ou peut être séparée. Lorsque séparé, la machine s’appelle « alimenté séparément », et quand pas, l’emplacement de l’enroulement de champ dans le circuit du moteur détermine quel type de configuration, il est. Si l’inducteur est placé en parallèle avec le bobinage d’induit pour voir la source de tension même mise sous tension de l’armature, la machine est dans la configuration parallèle ou shunt.
Si l’inducteur est en série avec le bobinage d’induit afin qu’ils aient le même débit de courant, la machine est dans la configuration de série. Si les deux enroulements sont disponibles, c'est-à-dire les enroulements shunt et série sont utilisés, puis la machine est dans la configuration du composé. La configuration séparément excitée est indépendante de l’armature et peut être réglée pour prendre en charge divers charge grâce au contrôle automatique. Cependant, shunt, série et des configurations composées courant de la même source d’armature et sont donc affectées par les variations de tension de charge et l’armature.
Avec aucune excitation de champ, magnétisme résiduel en raison du champ magnétique résiduel (λR) dans la machine agit comme une source d’excitation de champ mineur. Ceci peut être exprimé comme un terme supplémentaire dans l’équation de dos f.e.m. (EA) «λRω » qui est ajouté à «KIFω » où ω est la vitesse mécanique de la machine. Pour une machine composée de DC, EA est donc
EA= Kshj’aiFshω+ Ksej’aiFseω+ λRω, (1)
où «se « est l’abréviation de la série, "sh » est synonyme de shunt et K termes est des constantes de champ qui concernent la vitesse courante et mécanique de champ à la f.e.m. arrière n’oubliez pas que les valeurs de K sont constants, jusqu'à ce que la limite de la saturation est atteinte, après quoi, EA sature à une certaine valeur.
Idéalement, λR est censé pour être égal à zéro, mais ce n’est pas réaliste. Afin de déterminer λR, une machine de DC est gérée comme un générateur sans excitation shunt ou série et sans charge. Ainsi, la tension aux bornes mesurée VA=EA. Si ω est mesurée, λR peut être déterminée. EA est une tension caractéristique des machines CC, une tension qui contredit la tension d’induit pour limiter le courant dans la machine. Fonctionnement du moteur, EA est inférieure à la tension d’induit, en tirer les fils EA supérieurs à moins courant induit. Elle dépend de la vitesse de l’axe comme indiqué dans l’équation 1, et donc avoir un supérieur EA provoque un fonctionnement à vitesse plus élevé. Dans les applications de générateur, EA est la tension induite de tourner un champ magnétique sur l’armature vs le champ.
Pour une machine shunt, équation 1 tient toujours, mais j’aiFse est réglée à zéro ; pour une machine de série, l’équation 1 tient toujours, mais j’aiFsh est fixée à zéro. Machines composées ont shunt et connectés en série et peuvent être en long ou court-forme. Lorsque les deux champs existent, leurs effets peuvent s’additionner ou s’opposent à l’autre, comme en témoigne l’armature, et ces configurations sont appelées cumulatifs ou différentielle. Ces configurations sont possibles en faisant varier l’emplacement du champ shunt avant ou après le champ de la série, et en ayant les courants du champ entrer ou de sortir leurs points respectifs. Fig. 1 à 4 montrent toutes les quatre configurations.
Figure 1 : Une représentation schématique d’une configuration longtemps composée cumulatif.
Figure 2 : Schéma d’une configuration composé court cumulative.
Figure 3 : Une représentation schématique d’une configuration différentielle longtemps composée.
Figure 4 : Schéma d’une configuration composé court différentielle.
L’objectif de cette étude est de comparer le courant, tension et charge de relations dans la série et shunt configuré reducteur. Car DC haute puissance alimentation seul est disponible dans cette démonstration, opération excitée séparément n’est pas couvert. Pour les configurations de shunt et série, l’auteur principal du générateur DC est un moteur synchrone qui régule sa vitesse à 1800 tr/min. N’importe quel moment une mesure de courant continu est nécessaire, comme IA ou IFsh, utilisez un multimètre numérique en mode actuel (Assurez-vous que les bornes sur le multimètre sont dans la configuration actuelle).
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Procedure
1. Tests de DC
- Avec la faible puissance DC alimentation limitée à 0,8 A, connectez les bornes d’alimentation à l’armature de machine de DC.
- Enregistrer de l’alimentation en tension continue et lectures actuelles.
- Estimer la résistance de chaque enroulement.
- Répéter pour les autres enroulements, dérivation champ et le champ de la série, un à la fois.
- Éteindre et débrancher l’alimentation CC de faible puissance.
- La valeur du rhéostat de champ intégré une résistance maximum et mesurer sa résistance.
- La valeur du rhéostat de champ de série (externe) la résistance maximum et mesurer sa résistance.
2. moteur primaire Setup et rémanent
Le moteur primaire dans cette expérience est la machine synchrone, qui fonctionne comme un moteur qui fait tourner le rotor de générateur DC (induit).
- Assurez-vous que l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé, moteur synchrone interrupteur et interrupteur du moteur DC sont tous éteints.
- Vérifiez que le thyristor est à 0 %.
- Câblez le thyristor à la sortie du moteur triphasé et le programme d’installation illustré à la Fig. 5.
- Vérifiez que l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » est dans la position « Start ».
- Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
- Allumez l’alimentation électrique de haute tension DC.
- Assurez-vous que toutes les connexions sont claires les bornes d’alimentation.
- Appuyez sur la « V / je DIS » bouton sur l’alimentation pour afficher la tension et les points de fonctionnement actuels. Réglez le bouton de tension à 125 V.
- N’appuyez pas sur le bouton Démarrer.
- Appuyez sur le bouton « Démarrer » sur le panneau d’alimentation de puissance DC.
- Augmentez lentement la sortie transfo variable jusqu'à ce que VAC1 indique 120 V.
- Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse d’équilibre, appuyer sur l’interrupteur Start/Run dans la position de marche.
- Mesurer et consigner la vitesse de rotation à l’aide de la lampe stroboscopique et noter VA.
- Coupez l’alimentation électrique DC et retourner le thyristor à 0 %.
- Le sélecteur de « Démarrer/exécuter » à « Démarrer ».
- Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
Figure 5 : Une représentation schématique de la façon de configurer le moteur primaire. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
3. DC Shunt générateur caractérisation
- Du côté de générateur de DC, connectez le champ shunt en parallèle avec le champ induit tel qu’illustré à la Fig. 6.
- Utilisez le rhéostat intégré pour RFsh(ext)et le multimètre comme un ampèremètre pour mesurer j’aiFsh.
- « S1» garder ouverte pour un essai à vide.
- Garder "RFsh(ext)» au maximum de résistance.
- Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
- Appuyez sur le bouton « Démarrer » sur le panneau d’alimentation de puissance DC.
- Augmentez lentement la sortie transfo variable jusqu'à ce que VAC1 indique 120 V.
- Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse d’équilibre, appuyer sur l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » dans la position « Marche ».
- Mesurer la vitesse de l’arbre en utilisant la technique de stroboscope décrite ailleurs.
- Record VA situé cette condition à vide sur le côté du générateur DC.
- Réduire les RFsh(ext) jusqu'à ce que la tension générée à VA est environ 150 V.
- Après ce point, réduire "RFsh(ext)" en cinq étapes presque égales jusqu'à ce que la résistance minimale est atteinte.
- Pour chaque étape, mesurer VA et j’aiFsh.
- Laisser RFsh(ext) à sa valeur minimale.
- Éteindre l’alimentation DC.
- Réduire le VARIAC sortie à 0 %.
- Déplacez l’ampèremètre mesure j’aiFsh pour mesurer IA.
- Redémarrez le programme d’installation comme décrit précédemment.
- Valeur RL 300 Ω et tourner sur « S1». Mesure de VA et IA.
- Mettez « S1, » la valeur RL Ω 200, puis tourner sur « S »1. Mesure de VAet IA.
- Mettez « S1, » la valeur RL Ω 100, puis tourner sur « S »1. Mesure de VAet IA.
- Coupez l’alimentation électrique DC et définissez le VARIAC sortie à 0 %.
- Préserver le côté générateur synchrone de l’installation.
- Déconnecter les connexions du générateur DC.
- Le sélecteur de « Démarrer/exécuter » à « Démarrer ».
- Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
Figure 6 : Une représentation schématique de l’installation de génératrice shunt DC. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
4. DC série génératrice caractérisation
- Du côté de générateur de DC, connectez le champ de série en série avec le champ induit comme illustré en figure 7.
- Utilisez le rhéostat extérieur pour RFse(ext).
- Utiliser le rhéostat intégré comme RL et ont une résistance maximale.
- « S1» garder ouverte pour un essai à vide.
- Maintenir RFse(ext) à la résistance maximale.
- Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
- Appuyez sur le bouton « Démarrer » sur le panneau d’alimentation de puissance DC.
- Augmentez lentement la sortie transfo variable jusqu'à ce que VAC1 indique 120 V.
- Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse d’équilibre, appuyer sur l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » dans la position « Marche ».
- Mesure de VA à cette condition à vide sur le côté du générateur DC.
- Tourner sur « S1» et réduire les RFse(ext) au besoin, pour voir non nul VA.
- Varier RL en cinq étapes presque égales jusqu'à ce que ses 50 % est atteint, la valeur 300 Ω et tourner sur « S »1. Mesurer la vitesse, V,Aet IA.
- Mettez « S1, » la valeur RL Ω 200, puis tourner sur « S »1. Mesurer la vitesse, V,Aet IA.
- Mettez « S1, » la valeur RL Ω 100, puis tourner sur « S »1. Mesurer la vitesse, V,Aet IA.
- Éteindre l’alimentation DC.
- Définissez le VARIAC sortie à 0 %.
- Préserver le côté générateur synchrone de l’installation.
- Déconnecter les connexions du générateur DC.
- Le sélecteur de « Démarrer/exécuter » à « Démarrer ».
- Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
- Démonter tous les fils et les compteurs.
Figure 7 : Une représentation schématique de la série installation Générateur DC. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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REDUCTEUR, équipement voiture, allant des petits jouets et outils électriques rechargeables, aux véhicules électriques. Ces machines électromécaniques se composent d’une bobine conductrice interne, appelée l’induit et un aimant externe, appelée le stator. Une source DC offre actuelle à l’induit par une slippering de collecteur. Induisant une force électromagnétique et permettant la rotation de la boucle. L’intensité de la force électromagnétique dépend de l’angle entre le champ magnétique et la bobine, créant des fluctuations de couple avec rotation. Plusieurs enroulements, espacés autour de l’armature, minimiser les fluctuations de couple et empêchent la forme de collecteur un court-circuit sur l’alimentation. Le slippering commutateur bascule périodiquement la direction du courant dans la bobine, empêchant encore l’alignement des champs magnétiques. Cette vidéo présente les configurations moteurs DC et démontre la mesure des caractéristiques de performance du moteur DC, comme la vitesse, courant et la tension avec charge variable.
Statères d’aimants permanents, en machines CC sont les plus répandus, cependant, lorsque le champ magnétique de statères est produit par les enroulements de chef d’orchestre, les caractéristiques de performance, tels que de la vitesse et le couple de sortie, peut être modifié grâce à la conception du champ électrique. Par exemple, la vitesse est liée à la tension développée par le moteur, appelé la force du moteur electro ou EMF. De même, le couple est proportionnel au courant. Ces caractéristiques varient en fonction de la conception du moteur, et influence la conception de moteur sélectionné pour certaines applications. Les quatre configurations de base électroniques de machines CC sont emballées séparément, shunt, série et composé. Excité séparément les moteurs utilisent des alimentations séparées pour le champ et l’armature, permettant un contrôle indépendant soutenir les charges variables. Dans la conception de shunt, la configuration la plus courante, enroulements sont connectés parallèlement à la charge de l’armature, avec une alimentation DC commune. Ceci fournit la vitesse réglable avec charge variable, ce qui est utile dans les machines-outils et les pompes de centrifical. Dans la configuration de série, une alimentation DC motorise le champ et l’armature en série. Cela fournit le couple de démarrage plus élevé pour surmonter l’inertie charges dans les équipements, tels que trains, ascenseurs ou monte-charge. Composé de conception moteurs utilisent shunt et série circuits pour un couple de démarrage élevé et régulation de la vitesse. Le domaine de shunt peut être chargement avant ou après le champ de la série. Maintenant que les configurations de moteurs à courant continu ont été décrites, l’analyse de courant, tension et charge de relations dans les moteurs shunt DC sera en démonstration.
Les données collectées dans les essais DC peuvent servir à construire des modèles de circuit équivalent si nécessaire. Avant de mesurer les caractéristiques électriques du moteur DC, régler la puissance faible DC d’à 0,8 ampères et raccordez les bornes d’alimentation de l’induit de la machine. Puis, enregistrer la fournitures de tension et le courant. Ensuite, utilisez un multimètre pour mesurer la tension et le courant dans l’induit, le champs de shunt et série de bobinage. Utiliser les données pour estimer la résistance dans chaque composant. Après avoir mesuré les caractéristiques essentielles du moteur générateur DC, mis le construit en rhéostat de champ pour les paramètres au maximum et de mesurer sa résistance. Enfin, la valeur du rhéostat de champ extérieur en série à sa limite supérieure et mesurer sa résistance.
Après les essais de moteurs DC, une machine synchrone est utilisée pour tourner l’induit de la machine DC. Ainsi, la machine de DC est gérée comme un générateur, sans excitation de champ, puis n’étant pas chargé. Dans ces conditions, la tension aux bornes est égale à EMF. La vitesse de rotation du générateur est mesurée et permettant de calculer le magnétisme retenu par l’armature en l’absence d’excitation de la bobine, appelée magnétisme résiduel. Tout d’abord, vérifiez que le triphasé disconnect, moteur synchrone et moteur à courant continu sont tous éteints. Puis, attacher un petit morceau de ruban adhésif pour le rotor extérieur moteur DC. Après avoir vérifié que le transfo variable est défini sur zéro pour cent, fil le transfo variable à la prise de courant triphasé. Ensuite, raccorder l’installation comme indiqué. Puis, vérifiez que l’interrupteur de démarrage exécuter est dans la position de départ. Après les rajustements pour le variac, confirmer que toutes les connexions sont claires les bornes d’alimentation. Alors seulement, allumez l’interrupteur-sectionneur triphasé. Ensuite, tournez sur la haute tension d’alimentation CC, appuyez sur la touche display de VI pour afficher la fin d’exploitation actuelle, puis réglez le bouton de tension à 125 volts. N’appuyez pas sur le bouton démarrer avant de régler la molette de tension. Appuyez sur le panneau d’alimentation début bouton DC alimentation et allumez l’appareil. Ensuite, augmentez lentement la sortie transfo variable jusqu'à ce que la tension aux bornes indique 120 volts. Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse de rotation de l’état stationnaire, mettez l’interrupteur de démarrage exécuter pour exécuter. Attention au bruit change de machine. Le bruit de la machine devient monotone à l’état stable. Utiliser la lampe stroboscopique pour figer le mouvement du moteur en synchronisant le taux stroboscope à la vitesse de rotation du moteur. Le ruban fixé au rotor apparaît stationnaire lorsque la lampe stroboscopique est synchronisée. Confirmer que ce taux est la vitesse du moteur en augmentant lentement le taux de stroboscope pour synchroniser le ventilateur au deuxième rang. Si elle est correcte, il s’agit du double du taux de synchronisation observés stroboscope première. Cette séquence de démarrage sera répété avant chaque série de tests ultérieurs. Après le démarrage, enregistrer la vitesse de rotation du moteur et la tension d’induit. Puis utiliser ces données pour calculer l’intensité du champ magnétique résiduelle.
DC machines sont utilisées dans une variété d’applications. Une fois les paramètres de fonctionnement des différentes machines sont caractérisent, ils peuvent être choisis selon des spécifications de conception pour un périphérique particulier. Le générateur DC peut être caractérisé en différentes configurations, telles que la configuration de shunt. Avec l’interrupteur S1 ouvert, aucun test de charge, les opposants à la charge fin champ sont réglés au maximum. Puis, la vitesse de l’arbre et la tension aux bornes sont enregistrées comme décrit plus haut. La résistance de shunt est réduite en cinq étapes jusqu'à ce que la résistance minimale est atteinte. Et la tension aux bornes et le courant aux bornes de la résistance shunt mesurés. Le moteur peut être mesuré avec des charges simulées en utilisant des résistances de charge, suivant le même protocole. Chaque type de générateur DC possède sa propre sortie de courant de tension. Générateurs de shunt peuvent fournir une tension pour un large éventail de charge de courant tandis que les générateurs de série fournissent une tension croissante avec l’intensité du courant. Dans une variété d’applications, où une source d’énergie sans fil est préférée, tels que prothèses motorisées, moteurs à courant continu sont l’actionneur de choix. Dans les prothèses de membre inférieur neurale contrôlé, capteurs de surface ou transdermique servent à envoyer des signaux aux articulations motorisées dans la branche de remplacement, comme dans une jambe intacte. Flection Gate et pied sont contrôlés plus naturellement et intuitivement que serait possible à l’aide d’un remplacement de membre rigide.
Vous avez juste regardé introduction de Jove pour moteurs à courant continu. Vous devez maintenant comprendre comment fonctionne un moteur à courant continu et Comment caractériser ses paramètres. Merci de regarder.
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Results
Enroulements série transportent généralement un courant élevé évalué à armature nominale de la machine actuel, puisque les enroulements série et l’armature sont en série. Par conséquent, série enroulements sont censés être de l’ordre d’une mΩ à quelques Ω. Shunt enroulements devrait en revanche tirer courant minimal de la source qui leur puissance ainsi que de l’induit de la machine et par conséquent, ont des valeurs de grande résistance de dizaines à des centaines ou même des milliers de Ω.
La résiduelle λR peut être estimée en mesurant la tension d’induit à aucune charge. Depuis cela une condition à vide, la f.e.m. arrière et la tension d’induit sont les mêmes, et l’arrière f.e.m. (EA) est une fonction de λR tel EA=j’aif λRωm où J’aif est le champ actuel et ωm la vitesse mécanique.
Chaque type de machine possède sa propre courbe tension-courant ou de couple-vitesse. L’avantage des générateurs de shunt est qu’ils peuvent fournir la tension sans avoir aucune charge, à pleine charge, alors que les générateurs de série sont caractérisent en n’étant ne pas en mesure de fournir n’importe quelle tension, sauf s’il existe une charge.
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Applications and Summary
Machines de DC sont significativement moins fréquentes qu’auparavant d’être avant l’invention de l’induction de l’AC et machines synchrones. Ils restent monnaie courantes dans les applications simples de faible puissance comme les jouets, petits robots et héritage. Aimant permanent DC machines, qui utilisent des aimants de terres rares abondantes, sont plus fréquentes que leurs homologues de shunt et série causé par une excitation plus simple, en particulier dans les applications de faible coût et faible complexité.
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