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Electrical Engineering

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Overview

ソース: アリ バッツィ、電気工学科大学コネチカット州ストーズ、ct 検査

直流機は直流電流と交流機、AC 電流と電圧を必要とするのではなく電圧で動作します。直流機は最初に発明される、DC 電流によって制御される 2 つの磁場を利用しました。モーターや発電機直流機はフィールドとアーマチュアと呼ばれる 2 つのフィールドを持っているので、適切な場励起を利用できる場合に、同じマシンを簡単に再構成できます。フィールドは通常固定子側とアーマチュアはローター側 (反対またはインサイド アウト交流機と比較して)。場励起は、永久磁石または巻線 (コイル) によって提供することができます。 電機子または回転子のコイルに電流を流すとき通過 DC 電源からコイルに定常とブラシを触れる回転するローターに取り付けられたスリップ リングのブラシ。ローター アーマチュア コイルは電流のループと固定子または界磁から外部磁場にさらされ、力はループに出る。ループは、軸受を用いたモータの両側に"hanging"は、以来、力は他の方向に移動ではなくローターの軸が回転されるトルクを生成します。

この回転合わせが同時にスリップ リング スイッチ側面ブラシ、または「通勤」に磁場が発生、減刑のプロセスとして知られているものです。この転流が発生すると、回転子コイル内の電流の流れが逆になって、磁場回転の同じ方向でさらにトルクを引き起こすと再び、お互いに反対します。このプロセスが続行され、ローター シャフト回転モーター アクションを提供します。発電機操作の磁場下可動コイルによる誘導され後、機械的な回転は回転軸とローターから電流が流れるに提供されます。

この実験で説明した機械には、永久磁石ではなく、界磁巻線があります。DC 機械操作における重要な転流プロセスでスリップ リングを使用し、ローターを回転し、ワイヤを回転を有するので、ローター (アーマチュア) から外の世界にエネルギーを伝達するブラシにツイストしそれらを破る。ただし、これらのブラシとスリップ リングは定期的なメンテナンスを必要とする、ブラシの交換、洗浄、および火花を引き起こす可能性があります、信頼性の主要な欠点を持っています。これは、これらの問題を持っていない AC 機械によってほとんどの直流機の交換につながっているし、残りの直流機主、永久磁石場励起などおもちゃや簡単な低消費電力ツール。AC 機ブラシレス直流機と呼ばれる (または BLDCs) は、インバーターからの AC 電圧を得るための DC ソースと電源電子インバーターを利用する AC マシンです。

この実験の目的は 2 つの主要な DC マシン構成をテストする: シャントとシリーズ。テストのマシンで残留磁束密度を推定するため、さまざまな構成の無負荷電力基準や読み込み特性を研究するものです。

Principles

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直流機の 4 つの主要な構成が存在する: 他励、シャントがあり、系列、および化合物。これらの構成は、モーターや発電機として機械の操作に必要な磁気フィールドをフィールドにはフィールドの励起の位置に基づいて分類されます。界磁巻線は直流電源によって供給されて、以来そのソースは電源を DC モータの電機子のものと同じにすることができます。 または個別にすることができます。別マシン「別に興奮して、」と呼ばれ、モーターの回路の界磁巻線の場所と判断したときはどのような種類の構成。界磁巻線をアーマチュアに電力を供給する同じ電圧ソースを参照する電機子巻線と並列に配置すると、コンピューターが並列またはシャントの構成であります。

彼らは同じ現在の流れを持っているので電機子巻線と直列に界磁巻線の場合は、コンピューターがシリーズ構成。両方の巻線が利用可能な場合、すなわちシャントとシリーズの巻線が使用されているし、マシンは、化合物の構成。他励構成アーマチュアから独立して自動制御によりさまざまな負荷に対応する規制することができます。ただし、シャント、系列、および複合構成同じ電機子ソースから現在を描く、したがって負荷と電機子電圧の変動による影響を受けます。

ない場励起とマシンで残留磁場 (λR) による残留磁気はマイナー フィールド励起ソースとして機能します。これはバック起電力 (EA) 式の追加用語として表現できます。"λRω」に追加されます"Fω「 ωは、マシンの機械的な速度。複合直流機EAはこのように、

EA= Ksh私はFshω+ KseFseω+ λRω, (1)

どこ「se」シリーズの略"sh"シャントとK用語略がフィールドの現在および機械速度を飽和制限値に到達するまで、 K値が定数である記憶バック起電力に関連するフィールド定数その後EAは特定の値に飽和します。

理想的には、 λRはゼロと見なされますが、これは現実的ではありません。ΛRを決定するために直流機はシャントまたは系列励起なし・無負荷時の発電機として実行されます。従って、端子電圧測定VAEAを =。Ωを測定している場合は、 λRを決定できます。EAは、カウンターを機に電流を制限する電機子電圧電圧直流機の特徴的な電圧です。モーター操作でEが電機子電圧未満と少ない電機子電流により高いEAリード線を描きます。式 1 に示すように、軸の回転速度に依存しているし、高速動作を引き起こすため高いEAを持つこと。ジェネレーターでは、 E 回転フィールド対アーマチュアを 1 つの磁場から誘導電圧です。

シャント マシンの方程式 1 をまだ保持しているが、は Fseはゼロに設定シリーズ機方程式 1 をまだ保持しているが、は Fshは 0 に設定されます。複合機は、シャントとシリーズ接続の両方があり、長い形式または短い形式ですることができます。両方のフィールドが存在する場合、その効果追加したり、互いに反対するアーマチュアで見られるように、これらの構成は、累積的なまたは差分と呼ばれています。系列フィールドの前後に、シャントのフィールドの位置を変化させることによってこれらの構成を実現でき、フィールド電流、入力または彼らのそれぞれの点を残すことにより。図 1-4 は、すべての 4 つの構成を示しています。

Figure 1
図 1:累積的な長い複合構成の概略図

Figure 2
図 2: 累積的な短い複合構成の模式図。

Figure 3
図 3:差動長い複合構成の概略図

Figure 4
図 4: 差動短い複合構成の模式図。

この実験の目的は現在を比較する、シリーズ ・ シャント電圧と負荷の関係は、DC モータを構成します。このデモでは、1 つだけハイパワー直流電源があり、この他励操作は扱いません。シャントとシリーズ構成は、直流発電機の原動機は 1800 の RPM に速度を調節する同期モータです。DC 電流測定が必要での Fshなどいつでもデジタル マルチ メーターを使用して、現在のモードで (マルチ メーターの端末は、現在の構成を確認してください)。

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Procedure

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1. DC テスト

  1. 低消費電力 DC 電源と 0.8 A に限定、直流機の電機子に供給端子を接続します。
  2. 電源の直流電圧・電流の測定値を記録します。
  3. それぞれの巻線の抵抗を推定します。
  4. について、他の巻線、シャント フィールドと系列フィールドを 1 つずつ。
  5. 切り、低消費電力 DC 電源を切断します。
  6. 最大抵抗を組み込みフィールド レオスタットを設定し、その抵抗を測定します。
  7. 最大の抵抗にシリーズ フィールド レオスタットの (外部) を設定し、その抵抗を測定します。

2. 原動機セットアップと残留磁気

この実験では原動機は、直流発電機回転子 (アーマチュア) を回転させるモータとして動作する同期機です。

  1. 三相の切断スイッチ、同期モータのスイッチ、および DC モーター スイッチすべてをしていることを確認します。
  2. 変圧器が、0% であることを確認します。
  3. 三相のコンセントを変圧器に配線し、図 5 に示すようにセットアップを接続します。
  4. 「スタート/実行」スイッチが「スタート」位置にあるを確認します。
  5. 三相切断スイッチを入れます。
  6. 高電圧直流電源を入れます。
  7. すべての接続は、電源端子から明らかであることを確認します。
  8. プレス、"V 私は DIS/"供給電圧と電流の動作点を表示するボタン。125 V に電圧ノブを調整します。
    1. [スタート] ボタンを押さないでください。
  9. 直流電源盤の「スタート」ボタンを押します。
  10. VAC1読み取る 120 V まで徐々 に VARIAC の出力を増やします。
  11. 同期電動機では、定常状態の速度に達すると、スタート/実行スイッチを実行位置に左右反転させます。
  12. 測定しストロボ ライトを使用して回転速度を記録し、 VAを記録します。
  13. DC 電源をオフにして、変圧器を 0% に戻ります。
  14. 「スタート」に「スタート/実行」スイッチをリセットします。
  15. 三相切断スイッチを切ります。

Figure 5
図 5: - 原動機をセットアップする方法の模式図.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

3. DC シャント発電機特性

  1. DC ジェネレーター側では、図 6 に示すように、アーマチュア フィールドと並行してシャント フィールドを接続します。
  2. RFsh(ext)の組み込みのレオスタットを使用し、は Fshを測定する電流計としてマルチ メーター。
  3. 「S1」は無負荷テストを開いたまま。
  4. 保つ「RFsh(ext)"最大の抵抗で。
  5. 三相切断スイッチを入れます。
  6. 直流電源盤の「スタート」ボタンを押します。
  7. VAC1読み取る 120 V まで徐々 に VARIAC の出力を増やします。
  8. 同期モータは、定常状態の速度を達すると、「実行」の位置に「スタート/実行」スイッチを入れます。
  9. 他の場所で説明したストロボ ライト技術を使用して軸の回転速度を測定します。
  10. レコードV直流発電機側でこの無負荷条件。
  11. VAの電圧が約 150 V になるまでは、 RFsh(ext)を減らします。
  12. そのポイントの後を減らす「RFsh(ext)"最小限抵抗に達するまで 5 つのほぼ等しいステップの
    1. 各ステップのVAは Fshを測定します。
  13. RFsh(ext)を最小値のまま。
  14. DC 電源をオフにします。
  15. 0% に出力変圧器を減らします。
  16. は Fsh Aを測定するための測定から電流計を移動します。
  17. 前述のように、セットアップを再起動します。
  18. 300 Ω にRLを設定し、「S1」をオンにします。VAの Aを測定します。
  19. 「S1」200 Ω にRLを設定してオンに「S1」メジャー VAは A
  20. 「S1RLを 100 Ω に設定して「1S」オンにメジャー VAは A
  21. DC 電源をオフにし、0% に出力変圧器を設定します。
  22. 同期発電機側のセットアップのまま。
  23. DC ジェネレーター接続を切断します。
  24. 「スタート」に「スタート/実行」スイッチをリセットします。
  25. 三相切断スイッチを切ります。

Figure 6
図 6: シャント DC ジェネレーター設定の概略図この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

4. DC シリーズ発電機特性

  1. DC ジェネレーター側では、図 7 に示すように、アーマチュアのフィールドを持つシリーズの系列フィールドを接続します。
    1. RFse(ext)に外部抵抗器を使用します。
    2. RLとして組み込みのレオスタットを使用し、最大の抵抗であります。
    3. 「S1」は無負荷テストを開いたまま。
    4. 最大の抵抗でRFse(ext)を維持します。
  2. 三相切断スイッチを入れます。
  3. 直流電源盤の「スタート」ボタンを押します。
  4. VAC1読み取る 120 V まで徐々 に VARIAC の出力を増やします。
  5. 同期モータは、定常状態の速度を達すると、「実行」の位置に「スタート/実行」スイッチを入れます。
    1. メジャー V 直流発電機側でこの無負荷条件。
  6. 「S1」をオンにし、非ゼロVAを参照してくださいに必要なRFse(ext)を減らします。
  7. 異なるRL 5 つのほぼ等しいステップの 50% 設定に達するまで、300 Ω に設定し、「S1」をオンに速度、 VA、およびは Aを測定します。
    1. 「S1」200 Ω にRLを設定してオンに「S1」速度、 VA、およびは Aを測定します。
    2. 「S1RLを 100 Ω に設定して「1S」オンに速度、 VA、およびは Aを測定します。
  8. DC 電源をオフにします。
    1. 変圧器の出力を 0% に設定します。
    2. 同期発電機側のセットアップのまま。
    3. DC ジェネレーター接続を切断します。
    4. 「スタート」に「スタート/実行」スイッチをリセットします。
  9. 三相切断スイッチを切ります。
  10. すべてのワイヤとメートルを分解します。

Figure 7
図 7: シリーズ DC ジェネレーター設定の概略図この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

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DC モータ、ドライブ装置、小さいおもちゃおよび充電式電源ツールから電気自動車に至るまで。これらの電気機械マシンは、アーマチュアと呼ばれる内部の導電性コイルとステータと呼ばれる外側の磁石から成っています。DC 電源を整流子のスリップを電機子に電流を提供します。電磁力を誘導して、ループの回転のこと。電磁力の大きさは、磁場と回転トルクの変動を作成する、コイル間の角度によって異なります。複数の巻線、電機子、周りの間隔はトルク変動を最小限に抑えるし、短絡して電源を整流子フォームを防ぐため。整流子の粘着テープは定期的に磁気フィールドのアライメントをさらに防止するコイルを流れる電流の方向を切り替えます。このビデオは、DC モーター構成を紹介し、電流、速度などの DC モータ特性の測定と変動する負荷で電圧を示します。

永久磁石 staters、直流機では、最も一般的、ただし、電界設計を通じて変更することができます導体巻線、回転数とトルクの出力などの性能を staters 磁場が生成されています。たとえば、速度を電気モーターの力、または EMF と呼ばれる、モーターによって開発された電圧に関連します。同様に、トルクは電流に比例します。モーターの設計の影響が選択した特定のアプリケーションとこれらの特徴はモータの設計によって異なります。直流機の 4 つの基本的な電子構成別に興奮している、シャント、シリーズ、および化合物します。他励電動機は、フィールドとアーマチュア、さまざまな負荷をサポートするための独立制御を可能にする個別の電源装置を使用します。シャントのデザインは、最も一般的な構成で界磁巻線は、共通 DC アダプターと、アーマチュア負荷に並列に接続されます。これは、工作機械および centrifical ポンプで役立ちますさまざまな負荷と調節可能な速度を提供します。シリーズ構成、DC 供給がフィールドとシリーズのアーマチュアに電力を供給します。これは、機器、電車、エレベーター、ホイストなどで慣性負荷を克服するためより高い開始のトルクを提供します。モーター高始動トルクと速度規制のためシャントと直列回路の両方を使用して、デザインを複合します。系列フィールドの前後に、シャント フィールドを読み込む可能性があります。今では DC モータの構成が記載されている、電流、電圧、およびシャント DC モータの負荷関係の解析が表示されます。

DC テストで収集されたデータを使用して、等価回路モデルを構築するために必要な場合することができます。DC モータの電気的特性を計測する前に低消費電力 DC 0.8 アンプへの供給し、機械電機子電源端子に接続を設定します。その後、供給電圧と電流を記録します。次に、シャント フィールドと系列フィールドを巻線、電機子に電流や電圧を測定するマルチメータを使用します。各部の抵抗を推定するためのデータを使用します。DC モーター発電機の基礎特性を測定した後、フィールドのレオスタット最大設定に内蔵してその抵抗を測定します。最後に、その上限に外部シリーズ フィールド レオスタットを設定し、その抵抗を測定します。

次の DC モーター テスト同期機は直流機の電機子を回転させるものです。したがって、直流機はフィールド励起せず、負荷のない発電機として実行されます。これらの条件の下では、端子の電圧は、EMF を等しくなります。発電機の回転速度の測定、および残留磁気と呼ばれる、コイルの不在でアーマチュアが保持する磁性の計算に使用します。まず、チェック 3 段階切断、同期モータと DC モータのことがすべてオフになります。次に、DC モーター外部回転子にテープの小さい部分を添付します。三相コンセントに、variac 0% に設定されているを確認した後、variac 配線します。次に示すように、セットアップを接続します。その後、実行を開始スイッチは、開始位置を確認します。Variac に調整、次のすべての接続が電源端子から明確であるを確認します。だけにし、3 つのフェーズの切断スイッチを入れます。次に、高電圧直流電源をオン、現在、営業終了を表示および 125 ボルト電圧ノブを調整 VI 表示ボタンを押します。電圧ノブを調整する前にスタート ボタンを押さないでください。スタート ボタン、DC 電源供給パネルを押すし、機器に切り替えます。次に、ゆっくり増加 variac の出力端子の電圧は 120 ボルトを読み取るまで。同期電動機では、定常回転速度に達すると、実行する実行スタート スイッチを入れます。機音の変化に注意を払います。機械音は定常状態で単調になります。ストロボ速度にモータの回転を同期させることにより、モーターの回転運動を凍結するのにストロボの光を使用します。ストロボ光を同期するとき、回転子に接続されているテープが固定表示されます。この率がゆっくりと次の最高レートでファンを同期するストロボ レートを増やすことによってモーターの速度であることを確認します。正しい場合は、これは最初観察されたストロボ同期速度の 2 倍になります。各後続のテストを実行する前に、この起動シーケンスが繰り返されます。起動後、電機子電圧とモーターの回転数を記録します。このデータを使用して残留磁界強度を計算します。

直流機は、さまざまなアプリケーションで使用されます。別のマシンの動作パラメーターが特徴です、一度特定のデバイスの仕様に基づいて選択されるか。直流発電機は、シャントの構成など、さまざまな構成で特徴付けられます。スイッチは負荷テスト用の S1 オープン フィールド端の負荷抵抗は、最大に調整されます。次に、シャフト速度と端子電圧は前述のように記録されます。最小抵抗値に到達するまで、5 つのステップでシャント抵抗が減少します。端子電圧と電流シャント抵抗の両端で測定します。モーターは、負荷抵抗、次の同じプロトコルを使用してシミュレートされた負荷で測定できます。直流発電機の各タイプには独自の電圧電流出力。短絡発電機シリーズ発電機を提供する現在の負荷増加電圧電流負荷の広い範囲の電圧を提供できます。DC モータは、無線の電源が最寄り、電動義肢など、アプリケーションのさまざまな選択のアクチュエータがあります。神経制御より低い肢の補綴の表面又は経皮的センサーは交換手足、そのまま脚と同様にモーターを備えられた接合部に信号を送信する使用されます。ゲートと足のフレクションより自然かつ剛性リム交換を使用して可能になるよりも直感的に制御されます。

ゼウスの DC モータ入門を見てきただけ。今 DC モータのしくみとそのパラメーターを特徴付ける方法を理解する必要があります。見ていただきありがとうございます。

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Results

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シリーズ巻線は通常シリーズのシリーズおよび電機子巻線があるので、現在、マシンの定格アーマチュアで定格電流を運ぶ。シリーズ巻線がいくつか Ω。 短絡巻線に mΩ の順序ことが期待されますその一方で元電源をマシンのアーマチュアと一緒に、したがって、数十から数百の大きい抵抗値、最小電流を描く必要がありますしたがって、または、Ω の数千も。

残留λRは、無負荷時の電機子電圧を測定することにより推定できます。以来、この無負荷条件、バックの起電力と電圧が同じで、バックの起電力 (EA) λRなどの関数であるEA=f λRωm fフィールドに現在して、 ωmは機械的な速度。

マシンの各タイプには独自の電圧電流またはトルク-速度曲線。短絡発電機の利点は、シリーズ発電機はいくつかの負荷がない限り、任意の電圧を提供することができないによって特徴付けられる間、全負荷、最大負荷をせず電圧を提供することができますです。

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Applications and Summary

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直流機は彼ら AC 誘導と同期機の発明の前に使用されるよりも著しくより少なく共通です。彼らはおもちゃ、小型ロボットは、従来のレガシー機器など単純な低電力アプリケーションで一般的なままです。永久磁石直流機は、豊富な非希土類磁石を使用して、特に低コスト ・低複雑さのアプリケーションでの単純な励起によるそのシャントとシリーズのカウンターの部分よりも共通しています。

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Transcript

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