מנועי DC

קיימות ארבע תצורות עיקריות של מכונות DC: נרגשות בנפרד, דלף, סדרה ומתחם. תצורות אלה מסווגות על סמך מיקום עירור השדה, שבו השדה הוא אחד השדות המגנטיים הדרושים להפעלת המכונה כמנוע או גנרטור. מכיוון שמפותל השדה מופעל על ידי מקור DC, מקור זה יכול להיות זהה לזה שמפעיל את הזרוע של מנוע DC, או יכול להיות נפרד. כאשר נפרדים, המכונה נקראת "נרגשת בנפרד", וכאשר לא, מיקום השדה המתפתל במעגל המנוע קובע איזה סוג של תצורה הוא. אם פיתול השדה ממוקם במקביל לפיתול הזרוע כדי לראות את אותו מקור מתח המפעיל את הזרוע, המכונה נמצאת בתצורה המקבילה או הדלף.

אם מתפתל השדה נמצא בסדרה עם פיתול הזרוע כך שיש להם את אותה זרימת זרם, המכונה נמצאת בתצורת הסדרה. אם שני פיתולים זמינים, כלומר דלף ופיתולים סדרה משמשים, אז המכונה נמצאת בתצורה המורכבת. התצורה הנרגשת בנפרד אינה תלויה בזרוע וניתן להסדיר אותה כדי לתמוך בעומסים שונים באמצעות שליטה אוטומטית. עם זאת, תצורות דלף, סדרה ותצורות מורכבות שואבות זרם מאותו מקור זרוע ולכן מושפעות משינויי המתח של העומס והרמטוריות.

ללא עירור שדה, מגנטיות שיורית בשל השדה המגנטי שיורית (λ_R) במכונה משמשת כמקור לעריאת שדה מינורית. זה יכול לבוא לידי ביטוי כמונח נוסף בחזרה e.m.f. (_E)משוואת "λ_Rω" אשר מתווסף"KI_Fω" שבו ω הוא המהירות המכנית של המכונה. עבור מכונת DC מורכבת, E_A הוא כך,

E_A= K_shI_Fshω+ K_seI_Fseω+ λ_Rω, (1)

כאשר"se" מייצג את הסדרה, "sh" מייצג את דלף, ומונחי K הם קבועי שדה המקשרים זרם שדה ומהירות מכנית לחלק האחורי e.m.f. זכור שערכי K קבועים עד להגעה למגבלת רוויה, ולאחר מכן E_A מתרוות לערך מסוים.

באופן אידיאלי, λ_R הוא ההנחה להיות אפס, אבל זה לא מציאותי. על מנת לקבוע λ_R, מכונת DC מופעלת כגנרטור ללא עירור דלף או סדרה וללא עומס. לכן, מתח המסוף נמדד V_A=E_A. אם נמדד ω, ניתן לקבוע את ה- λ_R. E_A הוא מתח אופייני של מכונות DC, מתח המונה את מתח armature כדי להגביל את הזרם לתוך המכונה. בפעולת המנוע, ה- E_A קטן ממתח הזרוע, וה- E_A גבוה יותר מוביל להגרלה פחות של זרם הזרוע. הוא תלוי במהירות הפיר כפי שמוצג במשוואה 1, ולכן בעל E_A גבוה יותר גורם לפעולה במהירות גבוהה יותר. ביישומי גנרטור, E_A הוא המתח המושרה מסובב שדה מגנטי אחד על armature לעומת השדה.

עבור מכונת דלף, משוואה 1 עדיין מחזיקה, אך I_Fse מוגדר לאפס; עבור מכונת סידרה, משוואה 1 עדיין מחזיקה, אך I_Fsh מוגדר לאפס. מכונות מורכבות מחוברות הן דלף והן סדרות והוא יכול להיות בצורה ארוכה או קצרה. כאשר שני השדות קיימים, השפעתם יכולה להוסיף או להתנגד זה לזה כפי שניתן לראות על-ידי הזרוע, ותצורות אלה מכונה מצטברות או דיפרנציאליות. ניתן להשיג תצורות אלה על-ידי שינוי המיקום של שדה הדלף לפני או אחרי שדה הסידרה, ועל-ידי הזנת זרמי השדה או השארת הנקודות המתאימות להם. תמונה. 1-4 מראה את כל ארבע התצורות.

איור 1: סכמטי של תצורה מצטברת ארוכה.

איור 2: סכמטי של תצורה מצטברת של תרכובת קצרה.

איור 3: שרטוט של תצורה מורכבת ארוכה דיפרנציאלית.

איור 4: שרטוט של תצורה מורכבת קצרה דיפרנציאלית.

מטרת הניסוי היא להשוות קשרי זרם, מתח ועומס בסדרות ומנועי DC מוגדרים. מכיוון שרק ספק כוח DC אחד בהספק גבוה זמין בהדגמה זו, פעולה נרגשת בנפרד אינה מכוסה. עבור תצורות דלף וסדרות, המנוע העיקרי של מחולל DC הוא מנוע סינכרוני המווסת את מהירותו ל-1800 סל"ד. בכל פעם שנדרשת מדידה נוכחית של DC, כגון I_A או I_Fsh, השתמש בריבוי מטר דיגיטלי במצב הנוכחי (ודא שהמסופים במונה הרב-מטר נמצאים בתצורה הנוכחית).

פיתולי הסדרה נושאים בדרך כלל זרם גבוה המדורג בזרם הזרוע המדורג של המכונה, שכן הן סדרות והן פיתולי הזרוע נמצאים בסדרה. לכן, פיתולים סדרות צפויים להיות בסדר גודל של mΩ לכמה Ω. פיתולים דלף לעומת זאת צריך לצייר זרם מינימלי מהמקור אשר כוח אותם יחד עם armature של המכונה, ולכן, יש ערכי התנגדות גדולים של עשרות עד מאות או אפילו אלפי Ω.

ניתן להעריך את שאריות ה- λ_R על ידי מדידת מתח הזרוע ללא עומס. מכיוון שזה מצב ללא עומס, e.m.f. האחורי ומתח armature זהים, ואת e.m.f. (E_A)האחורי הוא פונקציה של λ_R כך E_A=אני_f λ_Rω_m שבו אני_f הוא זרם השדה ו ω_m הוא המהירות המכנית.

לכל סוג של מכונה יש עקומת זרם מתח או מומנט משלה. היתרון של מחוללי דלף הוא שהם יכולים לספק מתח מבלי שיהיה עומס עד עומס מלא, בעוד גנרטורים סדרה מאופיינים על ידי לא להיות מסוגל לספק כל מתח אלא אם כן יש עומס כלשהו.

מכונות DC הן פחות נפוצות באופן משמעותי ממה שהיו לפני המצאת אינדוקציה AC ומכונות סינכרוניות. הם נשארים נפוצים ביישומי הספק נמוך פשוטים כגון צעצועים, רובוטים קטנים וציוד מדור קודם. מכונות DC מגנט קבוע, המשתמשות בשפע מגנטים אדמה לא נדירים, שכיחות יותר מאשר חלקי דלפק דלף וסדרות שלהם בשל עירור פשוט יותר, במיוחד ביישומים בעלות נמוכה ומורכבות נמוכה.