DC Motor Theory

DC Motor, How it works? (Aprile 2019).

Anonim

DC Motor Theory

Circuiti elettrici DC


Domanda 1

Se le estremità di un'ansa di filo sono attaccate a due strisce metalliche semicircolari, disposte in modo che le due strisce formino quasi un cerchio completo, e quelle strisce vengono contattate da due "spazzole" che si collegano ai poli opposti di una batteria, da cui il loop wire ruoterà "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00384x01.png">

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In senso orario, continuamente.

Gli appunti:

Sfida i tuoi studenti con questa domanda: c'è un modo in cui possiamo far ruotare continuamente l'anello del filo senza usare quelle strisce di metallo a semicerchio per creare e interrompere il contatto con la batteria? Chiedi ai tuoi studenti quali sono le due strisce metalliche a semicerchio, nella terminologia del motore elettrico / generatore.

Domanda 2

Quando l'interruttore si chiude, l'amperometro registrerà inizialmente una grande quantità di corrente, quindi la corrente decadrà con un valore molto inferiore nel tempo a mano a mano che il motore accelera:

In vista della legge di Ohm, dove la corrente dovrebbe essere una funzione diretta di tensione e resistenza (I = E / R ), spiega perché questo accade. Dopo tutto, la resistenza degli avvolgimenti del motore non cambia mentre ruota e la tensione della batteria è abbastanza costante. Perché, allora, la corrente varia così grande tra l'avvio iniziale e la piena velocità operativa "# 2"> Rivela risposta Nascondi risposta

La corrente del motore è inversamente proporzionale alla velocità, a causa del contro-EMF prodotto dall'armatura mentre ruota.

Domanda di follow-up: disegnare un diagramma schematico che mostri il circuito equivalente di batteria, interruttore, amperometro e motore, con il contro-EMF del motore rappresentato come un altro simbolo di batteria. In quale modo deve fronteggiare la tensione del contatore EMF, contraria alla tensione della batteria, o aiutare la tensione della batteria?

Gli appunti:

La corrente cosiddetta "a picco" di un motore elettrico durante l'avviamento può essere abbastanza consistente, con una tensione dieci volte superiore alla normale corrente a pieno carico!

Domanda 3

Un motore elettrico in cc che gira a 4500 giri / min disegna 3 ampere di corrente con 110 volt misurati ai suoi terminali. La resistenza degli avvolgimenti dell'indotto, misurata con un ohmmetro a motore fermo, non alimentato, è di 2, 45 ohm. Quanto contro-EMF è il motore che genera a 4500 RPM?

Quanta corrente "a picco" ci sarà quando il motore viene inizialmente acceso (velocità dell'armatura = 0 RPM), assumendo nuovamente 110 volt ai terminali?

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Contatore E = 102, 65 V @ 4500 RPM

I inrush = 44.9 A

Gli appunti:

Questo calcolo aiuta gli studenti a rendersi conto di quanto sia significativa la corrente di "spunto" di un motore elettrico.

Domanda 4

Se una corrente elettrica viene fatta passare attraverso questo filo, in quale direzione verrà spinto il filo (dall'interazione dei campi magnetici)?

È un esempio di motore elettrico o generatore elettrico "# 4"> Rivela risposta Nascondi risposta

Il cavo verrà spinto in alto in questo esempio di motore .

Gli appunti:

Un aiuto visivo per comprendere l'interazione dei due campi magnetici è un diagramma che mostra le linee di flusso che emanano dai magneti permanenti, contro le linee circolari di flusso attorno al filo. Chiedi a quegli studenti che si sono imbattuti in illustrazioni simili nelle loro ricerche per disegnare un'immagine di questo alla lavagna davanti alla classe, per coloro che non l'hanno visto.

Domanda 5

Se dovessimo analizzare le linee di flusso magnetico di un conduttore che porta corrente, orientato perpendicolarmente ad un campo magnetico tra due magneti a barre, l'interazione sarebbe simile a questa:

Questa interazione di linee di flusso magnetico (le linee rette dei magneti delle barre rispetto ai cerchi del filo) produrrà una forza meccanica sul filo (chiamata forza di Lorentz ). In quale direzione agirà questa forza "# 5"> Rivela risposta Nascondi risposta

Gli appunti:

Questa domanda serve come una buona applicazione della regola della mano destra (o regola della mano sinistra, se si segue la notazione del flusso di elettroni).

Domanda 6

Se la corrente viene passata attraverso un loop di filo, come mostrato, in quale direzione ruoterà il loop "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00383x01.png">

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In senso orario, un quarto di giro (90 gradi).

Gli appunti:

Chiedi ai tuoi studenti di identificare i poli del campo elettromagnetico prodotto da questo anello del filo che porta corrente, e quindi la sua direzione della coppia potrebbe diventare più facile da capire.

Domanda 7

Un motore a corrente continua può essere pensato come una serie di elettromagneti, distanziati radialmente attorno ad un albero comune:

Questo particolare motore è del tipo "a magnete permanente", con avvolgimenti del filo solo sull'armatura.

Scrivi le polarità magnetiche necessarie ("N" per il nord e "S" per il sud) sulle punte dei poli dell'elettromagnete dell'armatura, in modo da sostenere una rotazione in senso orario .

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Domanda successiva: supponiamo che questo motore non ruoti come si supponeva quando si eccitava. Identificare alcuni possibili (specifici) guasti che potrebbero portare il motore a non muoversi durante l'eccitazione.

Gli appunti:

L'illustrazione mostrata sia nella domanda che nella risposta fornisce un buon mezzo per discutere della commutazione. Discutete con i vostri studenti come, affinché la rotazione del motore sia continua, gli elettromagneti distanziati radialmente attorno all'albero devono eccitare e disenergizzarsi al momento giusto per "tirare" e "spingere" sempre nella direzione corretta.

Assicurati di dedicare del tempo alla domanda di follow-up con i tuoi studenti, considerando le possibilità di guasto non elettrico e elettrico.

Domanda 8

Definire i seguenti termini del motore DC:

• Campo
• Armatura
• Commutatore
• Spazzola
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• Field: la parte del motore che crea il campo magnetico stazionario
• Armatura: la parte rotante del motore
• Commutatore: strisce di rame in cui terminano i conduttori della bobina dell'armatura, solitamente posizionati a un'estremità dell'albero
• Spazzola: un blocco di carbone fisso progettato per il contatto elettrico delle barre del commutatore in movimento

Gli appunti:

Gli studenti possono trovare le immagini dei motori elettrici CC nella loro ricerca delle definizioni di questi termini. Invitali a mostrare queste immagini alla classe, se possibile. Inoltre, un motore elettrico smontato è un ottimo "prop" per la discussione sulla nomenclatura dei motori elettrici.

Domanda 9

Quando un motore a corrente continua è in funzione, si possono generalmente vedere scintille dove le spazzole di carbone toccano i segmenti del "commutatore". Spiega perché questa scintilla si verifica e definisce anche la parola "commutazione" nel suo uso elettrico.

Che cosa indica questo fenomeno sulla longevità dei motori DC e sulla loro idoneità in determinati ambienti "# 9"> Rivela risposta Nascondi risposta

"Commutare" significa "invertire direzione", nel senso elettrico della parola. Il risultato del fatto che le barre e le spazzole del commutatore producono e interrompono alternativamente il circuito elettrico con gli avvolgimenti dell'armatura provocano invariabilmente un certo grado di scintilla.

Domanda di follow-up: identificare un ambiente in cui un motore che sputa sarebbe insicuro.

Gli appunti:

Se i tuoi studenti si trovano a lavorare in una sorta di lavori di manutenzione elettrica, quali tipi di manutenzione di routine pensano di dover fare sui motori elettrici CC, data la presenza di scintille al commutatore? Chiedete loro quali sono i problemi di sicurezza che questa scintilla potrebbe presentare in determinati ambienti. Chiedete loro se pensano che ci siano ambienti che sarebbero particolarmente dannosi per un progetto motoristico come questo.

Domanda 10

Mentre le bobine dell'armatura in un motore DC ruotano attraverso le linee di flusso magnetico prodotte dai poli di campo stazionari, la tensione verrà indotta in quelle bobine. Descrivi come questo fenomeno si riferisce alla Legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, in particolare riguardo a quali variabili influenzano la grandezza della tensione indotta:

e = N


dt

La tensione autoindotta prodotta da un'armatura rotante viene spesso chiamata controtensione o contro-EMF . Perché dovrebbe essere chiamato "contatore"? Cosa implica questa terminologia e quale principio elettromagnetico è illustrato dalla natura "contro" di questa tensione indotta?

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Il contro-EMF varia direttamente con la velocità dell'armatura, con il numero di spire negli avvolgimenti dell'armatura e anche con la forza del campo. Si chiama "contro-" EMF a causa della legge di Lenz: l'effetto indotto si oppone alla causa.

Gli appunti:

Il principio che desidero comunicare di più con questo problema è che ogni motore, quando è in funzione, agisce anche da generatore (producendo contro-EMF). Questo concetto è essenziale per comprendere il comportamento del motore elettrico, in particolare le curve di coppia / velocità.

Domanda 11

La quantità di tensione applicata a un motore a magneti permanenti e la quantità di corrente che attraversa gli avvolgimenti di un motore a corrente continua a magnete permanente sono correlate a due grandezze meccaniche: velocità massima e potenza di torsione (forza di torsione).

Quale quantità elettrica si riferisce a quale quantità meccanica? È la tensione che si riferisce alla velocità e alla corrente alla coppia, o viceversa? Spiega la tua risposta.

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La quantità di tensione applicata a un motore a magneti permanenti determina la sua velocità a vuoto, mentre la quantità di corrente attraverso gli avvolgimenti dell'indotto è indicativa dell'uscita di coppia.

Gli appunti:

Questa domanda chiede agli studenti di mettere in relazione concetti di elettromagnetismo e induzione elettromagnetica insieme a tensione e corrente. Mentre lo stile a magnete permanente del motore a corrente continua mostra relazioni quasi lineari tra queste variabili, tutti i motori elettrici CC mostrano lo stesso schema generale: più tensione, più velocità; più corrente, più coppia; tutte le altre variabili sono uguali.

Domanda 12

Un problema si è sviluppato in questo circuito motore. Quando l'interruttore è acceso "on", il motore non gira. Tuttavia, assorbe molta corrente (diverse volte la normale corrente operativa) come indicato dall'amperometro:

Sulla base di queste informazioni, cosa pensi possa essere sbagliato con il circuito "# 12"> Rivela risposta Nascondi risposta

Una causa probabile è l'avvolgimento del campo o qualcosa nell'armatura (un pennello, forse) non è riuscito aperto. Tuttavia, i problemi motori interni non sono le uniche possibilità!

Gli appunti:

Questa domanda è un esercizio di pensiero diagnostico. Sfida sempre i tuoi studenti a provare a diagnosticare la natura di un problema con le informazioni fornite prima di effettuare ulteriori misurazioni o osservazioni. Troppo spesso le persone prendono più misure del necessario per la risoluzione dei problemi dei sistemi elettrici, perché non pensano abbastanza bene a quello che stanno facendo.

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