1. Osnovni princip rada DC generatora
DC generator i DC motor imaju istu strukturu, osim što DC generator pokreće i rotira glavni pokretač (obično AC motor) za proizvodnju električne energije. Vidi se da se radi o uređaju koji pretvara mehaničku energiju u električnu. DC motor je povezan sa DC napajanjem i pokreće različite radne mašine (mašine, pumpe, tramvaje, kablovsku opremu, itd.) u rad. To je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku energiju. Međutim, već postoje silikonski kontrolirani ispravljači koji su zamijenili DC generatore. Kako bi svi mogli bolje razumjeti DC motore, potrebno je istovremeno govoriti i o principu DC generatora.
Pogledajmo prvo kako radi DC generator.
Kao što je prikazano na slici 1, četkice A i B su u kontaktu sa dva polukružna prstena respektivno. U ovom trenutku, izlaz između četkica A i B je jednosmjerna struja. Pogledajmo' kretanje zavojnice između magnetnih polova u ovom trenutku. Sa slike 1(a) se može vidjeti da kada se ab strana zavojnice kreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu unutar raspona N pola, primjenjuje se pravilo desne strane generatora, a elektromotorna sila koja se stvara u ovom trenutku je od b. do a. U ovom trenutku, cd strana zavojnice pomiče se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu unutar raspona S pola. Prema pravilu desne strane generatora, može se ocijeniti da je smjer inducirane elektromotorne sile na cd strani od d do c. Iz perspektive cijele zavojnice, smjer inducirane elektromotorne sile je dcba. Prema tome, bakarni lim 1 i četka A spojena na kraj zavojnice a imaju pozitivan potencijal; a bakarni lim 2 i četka B spojena na d kraj zavojnice su u negativnom potencijalu. Ako je eksterno kolo spojeno, struja teče od četke A kroz opterećenje do četke B, formirajući zatvorenu strujnu putanju sa zavojnicom.
Kada se ab strana zavojnice okrene u raspon S polova, strana cd se okreće u raspon N polova (slika 1, b). Sudeći po pravilu desne strane, možete znati da je smjer elektromotorne sile generirane na cd strani zavojnice od c do d, a ab strana se okreće u raspon S pola, gdje je smjer elektromotora sila je od a do b. Kako se četkica ne kreće u prostoru, bakarni lim 2 spojen na kraj zavojnice d je u kontaktu sa četkicom A, a njen potencijal je i dalje pozitivan. Bakarni lim 1 spojen na kraj zavojnice a je u kontaktu sa četkicom B, a njen potencijal je i dalje negativan. Kada je eksterno kolo uključeno, struja i dalje teče od četke A do četke B kroz opterećenje, formirajući zatvorenu strujnu putanju sa zavojnicom. Međutim, treba napomenuti da je struja u zavojnici u ovom trenutku obrnuta.
Može se vidjeti da kada se zavojnica kontinuirano okreće, iako se strana zavojnice koja je u kontaktu sa dvije četke stalno mijenja, četkica A je uvijek na pozitivnom potencijalu, a četkica B uvijek na negativnom potencijalu. Dakle, dvije četke izvlače elektromotornu silu s konstantnim smjerom, a napon i struja s konstantnim smjerom se dobijaju na opterećenju. Drugim riječima, iako se smjer inducirane elektromotorne sile u zavojnici abcd stalno mijenja, četkica A je uvijek u kontaktu sa stranom zavojnice u području N pola, a četkica B je uvijek u kontaktu sa strana zavojnice u opsegu S pola. Kontakt, njihov polaritet je uvijek isti. Kao rezultat toga, naizmjenična struja u zavojnici postaje jednosmjerna struja u vanjskom kolu nakon što je ispravljena bakrenim limom i četkom. Ove dvije polukružne bakrene ploče nazivaju se komutatorske ploče, a zajedno se nazivaju komutatori.
2. Osnovni princip rada DC motora
Princip rada DC generatora je razmotren gore, a sada ćemo's razgovarati o tome kako radi DC motor.
Ako rotor DC motora ne pokreće glavni pokretač, a njegove četke A i B su povezane na jednosmjerno napajanje naponom U (kao što je prikazano na slici 2), šta će se dogoditi? Sa slike se vidi da je četkica A pozitivan potencijal, B negativan potencijal, struja u provodniku ab u opsegu N polova teče od a do b, a struja u provodniku cd u S polu opseg teče od c do d. Kao što je ranije spomenuto, provodnici koji nose struju podložni su elektromagnetskoj sili u magnetskom polju. Stoga su oba vodiča ab i cd podložna elektromagnetnoj sili Fde. Prema smjeru magnetskog polja i smjeru struje u provodniku, koristeći pravilo lijeve strane motora za prosuđivanje, smjer sile na ab strani je lijevo, a cd strana je prema desno. Pošto je magnetsko polje jednoliko i ista struja teče u vodiču, elektromagnetska sila na ab strani i cd strani je ista. Na taj način zavojnica je izložena elektromagnetskoj sili i rotira se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Kada se zavojnica okrene na neutralnu površinu magnetskog pola, struja u zavojnici je jednaka nuli, a elektromagnetska sila jednaka je nuli, ali zbog efekta inercije zavojnica nastavlja da se okreće. Nakon što se zavojnica okrene do pola, iako se položaji ab i cd mijenjaju, ab se okreće u raspon S polova, a cd se okreće u raspon N polova, ali se djelovanjem komutatora i četke okreće prema N pol Smjer struje na cd strani cd također se mijenja, od d do c, a struja na ab strani ispod S pola je od b do a. Stoga smjer elektromagnetne sile Fdc ostaje nepromijenjen, a zavojnica je i dalje prisiljena da se rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Može se vidjeti da je smjer struje u provodnicima u rasponu N i S polova uvijek isti. Stoga je smjer sile na dvije strane zavojnice također nepromijenjen. Na taj način zavojnica može kontinuirano rotirati u skladu sa smjerom sile. Osim toga, putem prijenosa zupčanika ili remena i drugih mehanizama, mogu se pokretati i druge radne mašine.
Iz gornje analize možemo vidjeti da da bi se zavojnica rotirala u određenom smjeru, ključni problem je u tome što kada provodnik prelazi iz raspona jednog magnetnog pola u drugi suprotni raspon magnetnih polova (tj. nakon što provodnik prođe kroz neutralni površine), struja u provodniku U isto vrijeme treba promijeniti smjer. Komutatori i četke su uređaji koji ostvaruju ovaj zadatak. U DC generatoru, zadatak komutatora i četkica je da pretvore naizmjeničnu struju u zavojnici u jednosmjernu struju za vanjski izlaz; u DC motoru, komutator i četke se koriste za pretvaranje ulazne istosmjerne struje u zavojnicu. Izmjenična struja. Može se vidjeti da su komutator i četkica neizostavne ključne komponente u DC motoru.
Naravno, u stvarnom DC motoru, ne postoji samo jedan kalem, već su mnogi zavojnici čvrsto ugrađeni u prorez jezgra rotora. Kada struja prolazi kroz provodnik i rotira se zbog sile u magnetskom polju, pokreće cijeli rotor. Spin. Ovo je osnovni princip rada DC motora.
Upoređujući principe rada DC generatora i DC motora, može se vidjeti da su njihovi oblici ulazne i izlazne energije različiti. Kao što je već spomenuto, DC generator pokreće glavni pokretač, ulaz je mehanička energija, a izlaz je električna energija; DC motor se napaja iz istosmjernog izvora napajanja, ulaz je električna energija, a izlaz je mehanička energija.
Postoje dvije uobičajene vrste AC motora: sinhroni motori i asinhroni motori, od kojih se asinhroni motori češće koriste
Uzmimo za primjer asinhroni motor s vjeveričastim kavezom: stator se napaja trofaznom naizmjeničnom strujom kako bi se stvorilo rotirajuće magnetsko polje. Magnetno polje presijeca rotor, struja se inducira u kaveznom rotoru, a indukovana struja ponovo stvara magnetsko polje. Između rotirajućeg magnetnog polja statora i magnetskog polja koje uspostavlja rotor postoji međusobna sila, pa se motor rotira. Brzina rotacije rotora je uvijek manja od sinhrone brzine magnetskog polja statora.
Sinhroni motor na izmjeničnu struju: Trofazna naizmjenična struja se primjenjuje na stator kako bi se uspostavilo rotirajuće magnetsko polje; potrebna je istosmjerna pobuda na rotoru da bi se uspostavilo magnetsko polje. Magnetno polje rotora prima efekat sinhronog magnetskog polja statora i rotira se sinhronom brzinom.