DC 모터

Overview

출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.

DC 기계는 AC 전류와 전압이 필요한 AC 기계와 달리 DC 전류 및 전압으로 작동합니다. DC 기계는 DC 전류에 의해 제어되는 두 개의 자기장을 발명하고 활용하는 최초의 기계입니다. DC 기계에 필드와 아마추어라는 두 개의 필드가 있기 때문에 적절한 필드 여기를 사용할 수 있는 경우 동일한 기계를 모터 또는 발전기로 쉽게 재구성할 수 있습니다. 필드는 일반적으로 stator 측에 있고 뼈대는 로터 측에 있습니다 (AC 기계에 비해 반대 또는 내부 아웃). 필드 여기는 영구 자석 또는 권선 (코일)에 의해 제공 될 수있다. 현재가 뼈 대또는 로터 코일에 적용되면 DC 소스에서 코일로 전달되어 브러시를 터치하는 회전 로터에 고정된 고정 및 슬립 링이 장착된 브러시를 통과합니다. 로터 뼈가 전류 운반 루프이고, 스테이터 또는 필드 자석에서 외부 필드에 노출되면, 힘이 루프에 가해된다. 루프가 베어링을 사용하여 모터의 양쪽에 "매달려"있기 때문에 힘은 다른 방향으로 이동하기보다는 로터의 샤프트를 회전하는 토크를 생성합니다.

이 회전으로 인해 자기장이 정렬되지만 동시에 슬립 링이 브러시의 측면을 전환하거나 "통근"하는 것이 통근 프로세스라고 합니다. 이 통근이 발생하면 로터 코일의 전류 흐름이 반전되고 자기장은 서로 반대하여 동일한 회전 방향으로 더 많은 토크를 일으킵니다. 이 공정은 계속되고 로터 샤프트가 회전하여 모터 동작을 제공합니다. 발전기 작동에서, 기계적 회전은 자기장 하에서 이동 코일로 인해 유도된 후 로터 샤프트및 전류 흐름이 로터에서 흘러나온다.

이 실험에서 논의된 기계에는 영구 자석이 아닌 필드 권선이 있습니다. DC 기계 작동에서 중요한 통근 프로세스는 미끄러짐 링과 브러시를 사용하여 로터(아마추어)에서 외부 세계로 에너지를 전송하는 데 는 회전선이 회전하고 회전하는 전선이 비틀어 부서지기 때문에 외부 세계로 에너지를 전달합니다. 그러나 이러한 브러시및 슬립 링은 정기적인 유지 보수, 브러시 교체, 청소가 필요하고 촉발될 수 있으므로 주요 신뢰성 단점이 있습니다. 이로 인해 대부분의 DC 기계를 AC 기계로 교체하고 나머지 DC 기계에는 장난감및 간단한 저전동 공구와 같은 영구 자석 필드 여기가 있습니다. 브러시리스 DC 기계(또는 BLDC)라고 불리는 AC 기계는 DC 소스 및 전원 전자 인버터를 사용하여 인버터에서 AC 전압을 제거하는 AC 기계입니다.

이 실험의 목적은 션트와 시리즈라는 두 가지 주요 DC 컴퓨터 구성을 테스트하는 것입니다. 테스트는 기계의 잔류 플럭스를 추정하고 다양한 구성의 부하 및 적재 특성을 연구하기 위한 것입니다.

Principles

DC 기계의 네 가지 주요 구성이 존재합니다: 별도로 흥분, 션트, 시리즈 및 화합물. 이러한 구성은 필드 여기의 위치에 따라 분류되며, 여기서 필드는 모터 또는 발전기로 기계를 작동하는 데 필요한 자기장 중 하나입니다. 필드 권선은 DC 소스에 의해 구동되기 때문에 해당 소스는 DC 모터의 뼈를 구동하는 것과 동일하거나 분리 될 수 있습니다. 분리된 경우 기기는 "별도로 흥분"이라고 하며, 그렇지 않을 경우 모터 회로에서 구불 구불 구불구하는 필드의 위치는 어떤 유형의 구성인지 결정합니다. 필드 권선이 뼈권 과 병행하여 배치되어 뼈대에게 전력을 공급하는 동일한 전압 원을 볼 수 있다면 기계는 병렬 또는 션트 구성에 있습니다.

필드 권선이 뼈대 권선과 연이어 계면 전류 흐름이 동일하므로 기계는 계열 구성에 있습니다. 두 권선, 즉 션트 및 시리즈 권선사용이 모두 사용가능한 경우 기계가 복합 구성에 있습니다. 별도로 흥분된 구성은 뼈대와 독립적이며 자동 제어를 통해 다양한 부하를 지원하기 위해 조절할 수 있습니다. 그러나 션트, 계열 및 복합 구성은 동일한 뼈 소스에서 전류를 끌어들이므로 부하 및 뼈 전압 변동의 영향을 받습니다.

필드 여기가 없는 경우, 기계내의 잔류 자기장(λ_R)으로인한 잔류 자성은 경미한 필드 내분에 대한 원천역할을 한다. 이는 ω이 기계의 기계적 속도인"KI_Fω"에 추가되는 백 e.m.f.(E_A)방정식"λ_Rω"에서 추가 용어로 표현될 수 있다. 복합 DC 기계의 경우 E_A는

E_A= K_shI_Fshω+ K _seI_Fseω+ λ _Rω, (1)

여기서"se"는 시리즈를 의미,"sh"는 션트에 대한 의미, K 용어는 다시 e.m.f에 필드 전류 및 기계적 속도와 관련된 필드 상수입니다. 포화 한도에 도달할 때까지 K 값이 일정하며, 그 후 _EA가 특정 값으로 포화됩니다.

이상적으로, λ_R은 0으로 가정되지만, 이것은 현실적이지 않습니다. λ_R을결정하기 위해 DC 기계는 션트 또는 계열 여기가 없고 부하없이 발전기로 실행됩니다. 따라서, 단말 전압은 V_A=E_A를측정한다. ω을 측정하는 경우 λ_R을 결정할 수 있습니다. E_A는 DC 기계의 특징적인 전압으로, 뼈전압을 카운터하여 전류를 기계로 제한합니다. 모터 작동에서, E_A는 뼈 전압보다 적고, E_A가 높을수록 뼈가 적은 전류 무승부로 이어집니다. 그것은 수학식 1에 표시된 샤프트 속도에 따라 달라 지므로 E_A가 높아서 더 빠른 속도 작동이 발생합니다. 발전기 어플리케이션에서 _EA는 아마추어 대 필드에서 하나의 자기장을 회전하여 유도된 전압입니다.

션트 머신의 경우 방정식 1은 여전히 유지되지만 _Fse는 0으로 설정됩니다. 계열 기계의 경우 방정식 1은 여전히 유지되지만 I_Fsh는 0으로 설정됩니다. 복합 기계는 션트와 계열이 모두 연결되어 있으며 길이 또는 짧은 형태로 연결할 수 있습니다. 두 필드가 모두 존재하면 그 효과는 뼈대에서 볼 수 있듯이 서로 를 합산하거나 반대할 수 있으며 이러한 구성을 누적 또는 차등이라고 합니다. 이러한 구성은 계열 필드 전후의 션트 필드의 위치를 변경하고 필드 전류가 각각의 점을 입력하거나 떠나도록 함으로써 달성될 수 있습니다. 도 1-4는 네 가지 구성을 모두 표시합니다.

그림 1: 누적 된 긴 화합물 구성의 회로도.

그림 2: 누적 짧은 화합물 구성의 회로도입니다.

그림 3: 차동 긴 화합물 구성의 회로도.

그림 4: 차동 짧은 화합물 구성의 회로도입니다.

이 실험의 목표는 계열 및 션트 구성 DC 모터의 전류, 전압 및 부하 관계를 비교하는 것입니다. 이 데모에서는 하나의 고전력 DC 전원 공급 장치만 사용할 수 있기 때문에 별도로 흥분된 작동은 적용되지 않습니다. 션트 및 시리즈 구성의 경우 DC 발전기의 주요 이동은 속도를 1800 RPM으로 조절하는 동기 모터입니다. I_A 또는 I_Fsh와같은 DC 전류 측정이 필요할 때마다 현재 모드에서 디지털 멀티 미터를 사용합니다(멀티 미터의 단말이 현재 구성에 있는지 확인).

Procedure

1. DC 테스트

저전력 DC 전원 공급 장치가 0.8A로 제한되면 공급 단자기를 DC 기계 아마추어에 연결합니다.
공급의 DC 전압 및 전류 판독값을 기록합니다.
각 권선의 저항을 추정합니다.
다른 권선, 션트 필드 및 시리즈 필드를 한 번에 하나씩 반복합니다.
전원이 공급되지 않습니다.
내장 된 필드 로스트를 최대 저항으로 설정하고 저항을 측정합니다.
계열 필드 로스트(외부)를 최대 저항성으로 설정하고 저항을 측정합니다.

2. 프라임 무버 셋업 과 잔류 자성

이 실험의 프라임 무버는 DC 발전기 로터 (아마추어)를 회전하는 모터로 작동하는 동기 기계입니다.

3상 분리 스위치, 동기모터 스위치 및 DC 모터 스위치가 모두 꺼져 있는지 확인합니다.
VARIAC가 0%에 있는지 확인합니다.
VARIAC를 3상 출구로 연결하고 도 5에 도시된 설정을 연결한다.
"시작/실행" 스위치가 "시작" 위치에 있는지 확인합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 켭니다.
고전압 DC 전원 공급 장치를 켭니다.
모든 연결이 공급 터미널에서 명확한지 확인합니다.
공급의 "V/I DIS" 버튼을 눌러 전압 및 현재 작동 지점을 표시합니다. 전압 노브를 125 V로 조정합니다.
1. 시작 버튼을 누르지 마십시오.
DC 전원 공급 장치 패널의 "시작" 버튼을 누릅니다.
V_AC1이 120 V를 읽을 때까지 VARIAC 출력을 천천히 늘립니다.
동기 모터가 정상 상태 속도에 도달하면 시작/실행 스위치를 실행 위치로 전환합니다.
스트로브 라이트를 사용하여 회전 속도를 측정하고 기록하고 V_A를기록합니다.
DC 전원 공급 장치를 끄고 VARIAC를 0%로 반환합니다.
"시작/실행" 스위치를 "시작"으로 재설정합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 끕니다.

그림 5: 프라임 무버를 설정하는 방법에 대한 회로도.

3. DC 션트 생성기 특성화

DC 발전기 측에서는 도 6에 도시된 바와 같이 뼈밭과 병렬로 션트 필드를 연결한다.
R_{Fsh(내선)에}내장된 리오스트를 사용하고 다미터를 심미터로 사용하여 I_{Fsh를 측정합니다.}
"S_1"을열어 부하 없는 테스트를 유지합니다.
"R_{Fsh(내세요)"를} 최대 저항에 보관하십시오.
3단계 연결 해제 스위치를 켭니다.
DC 전원 공급 장치 패널의 "시작" 버튼을 누릅니다.
V_AC1이 120 V를 읽을 때까지 VARIAC 출력을 천천히 늘립니다.
동기 모터가 정상 상태 속도에 도달하면 "시작/실행" 스위치를 "실행" 위치로 전환합니다.
다른 곳에서 설명된 스트로브 라이트 기술을 사용하여 샤프트 속도를 측정합니다.
DC 발전기 측의 이 부하 없음 조건에서 V_A를 기록합니다.
V_A에서 생성된 전압이 약 150V가 될 때까지 R_{Fsh(내축)를} 줄입니다.
그 시점이후에는 최소 저항에 도달할 때까지 거의 동일한 5단계로 "R_{Fsh(내선)"를}줄입니다.
1. 각 단계에 대해 V_A를 측정하고 _{Fsh를 측정합니다.}
R_{Fsh(내축)를} 최소 값으로 둡니다.
DC 전원 공급 장치를 끕니다.
VARIAC 출력을 0%로 줄입니다.
I _Fsh 측정에서 암미터를 이동하여 I_A를측정합니다.
앞서 설명한 대로 설정을 다시 시작합니다.
R_L을 Ω 300으로 설정하고 "S_1"을켭니다. 측정 V_A 와 I_A.
"S_1"을끄고 R_L을 200 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 측정 V_A,그리고 나는_A.
"S_1"을끄고 R_L을 100 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 측정 V_A,그리고 나는_A.
DC 전원 공급 장치를 끄고 VARIAC 출력을 0%로 설정합니다.
설정의 동기 발생기 측면을 그대로 유지합니다.
DC 생성기 연결을 분리합니다.
"시작/실행" 스위치를 "시작"으로 재설정합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 끕니다.

그림 6: 션트 DC 생성기 설정의 회로도.

4. DC 시리즈 발전기 특성화

DC 발전기 측에서는 도 7에 도시된 대로 계열 필드를 아마추어 필드와 연열로 연결합니다.
1. R_{Fse(내선)에}대한 외부 로스트를 사용합니다.
2. 내장 된 류로스타를 R_L로 사용하고 최대 저항에 있습니다.
3. "S_1"을열어 부하 없는 테스트를 유지합니다.
4. R_{Fse(내세요)를} 최대 저항상태로 유지합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 켭니다.
DC 전원 공급 장치 패널의 "시작" 버튼을 누릅니다.
V_AC1이 120 V를 읽을 때까지 VARIAC 출력을 천천히 늘립니다.
동기 모터가 정상 상태 속도에 도달하면 "시작/실행" 스위치를 "실행" 위치로 전환합니다.
1. DC 발전기 측의 이 부하 없음 조건에서 V_A를 측정합니다.
"S_1"을켜고 0이 아닌 V_A를보려면 필요에 따라 R_{Fse(내선)를} 줄입니다.
50% 설정에 도달하고 300 Ω로 설정하고 "S_1"을켜기 전까지 5개의 거의 동일한 단계로 R_L을 다양하게 설정합니다. 속도, V_A및 I를 측정합니다.
1. "S_1"을끄고 R_L을 200 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 속도, V_A및 I를 측정합니다.
2. "S_1"을끄고 R_L을 100 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 속도, V_A및 I를 측정합니다.
DC 전원 공급 장치를 끕니다.
1. VARIAC 출력을 0%로 설정합니다.
2. 설정의 동기 발생기 측면을 그대로 유지합니다.
3. DC 생성기 연결을 분리합니다.
4. "시작/실행" 스위치를 "시작"으로 재설정합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 끕니다.
모든 전선과 미터를 분해합니다.

그림 7: 시리즈 DC 생성기 설정의 회로도.

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Results

시리즈 권선은 일반적으로 시리즈와 아마추어 권선 모두 연속이기 때문에 기계의 등급인 아마추어 전류에서 높은 전류를 운반합니다. 따라서 시리즈 권선은 몇 Ω mΩ의 순서에 있을 것으로 예상됩니다. 반면에 션트 권선기계의 뼈와 함께 전력을 공급하는 소스에서 최소 전류를 끌어야 하며, 따라서 수십~수백 또는 수천 개의 Ω 큰 저항 값을 가져야 합니다.

잔류 λ _R은 부전 없이 뼈전압을 측정하여 추정할 수 있다. 이는 노로드 조건이기 때문에, 후면 e.m.f. 및 뼈전압은 동일하며, 백 e.m.f.(E_A)는 E_A=I_f λ_Rω_m 이 같은 λ_R의 기능이므로, 여기서 F는 필드 전류이고 ω_m은 기계적 속도이다.

기계의 각 유형은 자체 전압 전류 또는 토크 속도 곡선을 가지고 있습니다. 션트 발생기의 장점은 전체 부하까지 부하없이 전압을 제공 할 수 있다는 것입니다, 시리즈 발전기는 약간의 부하가없는 한 전압을 제공 할 수없는 특징.

Application and Summary

DC 기계는 AC 유도 및 동기 기계가 발명되기 전보다 훨씬 덜 일반적입니다. 장난감, 소형 로봇 및 레거시 장비와 같은 간단한 저전력 응용 분야에서도 여전히 일반적입니다. 풍부한 비희토 자석을 사용하는 영구 자석 DC 기계는 특히 저렴한 비용과 낮은 복잡성 응용 분야에서 더 간단한 흥분으로 인해 션트 및 시리즈 카운터 부품보다 더 일반적입니다.

1. DC 테스트

저전력 DC 전원 공급 장치가 0.8A로 제한되면 공급 단자기를 DC 기계 아마추어에 연결합니다.
공급의 DC 전압 및 전류 판독값을 기록합니다.
각 권선의 저항을 추정합니다.
다른 권선, 션트 필드 및 시리즈 필드를 한 번에 하나씩 반복합니다.
전원이 공급되지 않습니다.
내장 된 필드 로스트를 최대 저항으로 설정하고 저항을 측정합니다.
계열 필드 로스트(외부)를 최대 저항성으로 설정하고 저항을 측정합니다.

2. 프라임 무버 셋업 과 잔류 자성

이 실험의 프라임 무버는 DC 발전기 로터 (아마추어)를 회전하는 모터로 작동하는 동기 기계입니다.

3상 분리 스위치, 동기모터 스위치 및 DC 모터 스위치가 모두 꺼져 있는지 확인합니다.
VARIAC가 0%에 있는지 확인합니다.
VARIAC를 3상 출구로 연결하고 도 5에 도시된 설정을 연결한다.
"시작/실행" 스위치가 "시작" 위치에 있는지 확인합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 켭니다.
고전압 DC 전원 공급 장치를 켭니다.
모든 연결이 공급 터미널에서 명확한지 확인합니다.
공급의 "V/I DIS" 버튼을 눌러 전압 및 현재 작동 지점을 표시합니다. 전압 노브를 125 V로 조정합니다.
1. 시작 버튼을 누르지 마십시오.
DC 전원 공급 장치 패널의 "시작" 버튼을 누릅니다.
V_AC1이 120 V를 읽을 때까지 VARIAC 출력을 천천히 늘립니다.
동기 모터가 정상 상태 속도에 도달하면 시작/실행 스위치를 실행 위치로 전환합니다.
스트로브 라이트를 사용하여 회전 속도를 측정하고 기록하고 V_A를기록합니다.
DC 전원 공급 장치를 끄고 VARIAC를 0%로 반환합니다.
"시작/실행" 스위치를 "시작"으로 재설정합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 끕니다.

그림 5: 프라임 무버를 설정하는 방법에 대한 회로도.

3. DC 션트 생성기 특성화

DC 발전기 측에서는 도 6에 도시된 바와 같이 뼈밭과 병렬로 션트 필드를 연결한다.
R_{Fsh(내선)에}내장된 리오스트를 사용하고 다미터를 심미터로 사용하여 I_{Fsh를 측정합니다.}
"S_1"을열어 부하 없는 테스트를 유지합니다.
"R_{Fsh(내세요)"를} 최대 저항에 보관하십시오.
3단계 연결 해제 스위치를 켭니다.
DC 전원 공급 장치 패널의 "시작" 버튼을 누릅니다.
V_AC1이 120 V를 읽을 때까지 VARIAC 출력을 천천히 늘립니다.
동기 모터가 정상 상태 속도에 도달하면 "시작/실행" 스위치를 "실행" 위치로 전환합니다.
다른 곳에서 설명된 스트로브 라이트 기술을 사용하여 샤프트 속도를 측정합니다.
DC 발전기 측의 이 부하 없음 조건에서 V_A를 기록합니다.
V_A에서 생성된 전압이 약 150V가 될 때까지 R_{Fsh(내축)를} 줄입니다.
그 시점이후에는 최소 저항에 도달할 때까지 거의 동일한 5단계로 "R_{Fsh(내선)"를}줄입니다.
1. 각 단계에 대해 V_A를 측정하고 _{Fsh를 측정합니다.}
R_{Fsh(내축)를} 최소 값으로 둡니다.
DC 전원 공급 장치를 끕니다.
VARIAC 출력을 0%로 줄입니다.
I _Fsh 측정에서 암미터를 이동하여 I_A를측정합니다.
앞서 설명한 대로 설정을 다시 시작합니다.
R_L을 Ω 300으로 설정하고 "S_1"을켭니다. 측정 V_A 와 I_A.
"S_1"을끄고 R_L을 200 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 측정 V_A,그리고 나는_A.
"S_1"을끄고 R_L을 100 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 측정 V_A,그리고 나는_A.
DC 전원 공급 장치를 끄고 VARIAC 출력을 0%로 설정합니다.
설정의 동기 발생기 측면을 그대로 유지합니다.
DC 생성기 연결을 분리합니다.
"시작/실행" 스위치를 "시작"으로 재설정합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 끕니다.

그림 6: 션트 DC 생성기 설정의 회로도.

4. DC 시리즈 발전기 특성화

DC 발전기 측에서는 도 7에 도시된 대로 계열 필드를 아마추어 필드와 연열로 연결합니다.
1. R_{Fse(내선)에}대한 외부 로스트를 사용합니다.
2. 내장 된 류로스타를 R_L로 사용하고 최대 저항에 있습니다.
3. "S_1"을열어 부하 없는 테스트를 유지합니다.
4. R_{Fse(내세요)를} 최대 저항상태로 유지합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 켭니다.
DC 전원 공급 장치 패널의 "시작" 버튼을 누릅니다.
V_AC1이 120 V를 읽을 때까지 VARIAC 출력을 천천히 늘립니다.
동기 모터가 정상 상태 속도에 도달하면 "시작/실행" 스위치를 "실행" 위치로 전환합니다.
1. DC 발전기 측의 이 부하 없음 조건에서 V_A를 측정합니다.
"S_1"을켜고 0이 아닌 V_A를보려면 필요에 따라 R_{Fse(내선)를} 줄입니다.
50% 설정에 도달하고 300 Ω로 설정하고 "S_1"을켜기 전까지 5개의 거의 동일한 단계로 R_L을 다양하게 설정합니다. 속도, V_A및 I를 측정합니다.
1. "S_1"을끄고 R_L을 200 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 속도, V_A및 I를 측정합니다.
2. "S_1"을끄고 R_L을 100 Ω 설정한 다음 "S_1"을켭니다. 속도, V_A및 I를 측정합니다.
DC 전원 공급 장치를 끕니다.
1. VARIAC 출력을 0%로 설정합니다.
2. 설정의 동기 발생기 측면을 그대로 유지합니다.
3. DC 생성기 연결을 분리합니다.
4. "시작/실행" 스위치를 "시작"으로 재설정합니다.
3단계 연결 해제 스위치를 끕니다.
모든 전선과 미터를 분해합니다.

그림 7: 시리즈 DC 생성기 설정의 회로도.

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0:06

Overview

1:18

Principles of DC Motors

3:18

DC Tests

4:24

Measurement of Residual Magnetism

7:26

Applications

9:09

Summary

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