Двигатель постоянного тока со скользящими контактами
Униполярные машины, основанные на опыте М. Фарадея. Сборка частей двигателя с железным магнитопроводом. Механическая мощность двигателя. Направление вращения ротора. Сопротивление проводника рабочей обмотки. Переходные процессы в коллекторных двигателях.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.04.2016 |
Размер файла | 23,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СКОЛЬЗЯЩИМИ КОНТАКТАМИ
О.Ф. Меньших
Работа относится к области магнетизма и может быть использована при построении бесколлекторного двигателя постоянного тока.
Широко известны униполярные машины, основанные на известном опыте М.Фарадея (1841г.) с так называемым «диском Фарадея» [1] - проводящим диском с радиальными токами в нём - от оси вращения диска к его краям, находящимся в поперечном к плоскости диска постоянном и однородном магнитном поле и подключённым к источнику постоянного тока через скользящие контакты. При этом никакой коммутации постоянного тока, характерной для коллекторных двигателей постоянного тока [2], в опытах с диском Фарадея и во всех существующих униполярных машинах, не происходит, и в рабочих дисках ротора протекает чисто постоянный ток. Известно построение бесколлекторного двигателя постоянного тока [5]. Недостатком этого устройства является малое сопротивление рабочей обмотки в форме металлического покрытия ребристо-цилиндрического магнитопровода статора, что приводит к большим потерям энергии в подводящих проводниках.
Указанный недостаток устранён в заявляемом техническом решении, с целью упрощения конструкции и увеличения энергетической эффективности устройства.
Эти цели достигаются в заявляемом двигателе постоянного тока со скользящими контактами, содержащем рабочую обмотку, связанную с источником постоянного тока, отличающимся тем, что рабочая обмотка выполнена на постоянном магните в форме параллелепипеда с осью вращения, на которой установлены изолированные от этой оси кольцевые контакты, подключённые к концам рабочей обмотки, с примыкающими к кольцам щётками, соединёнными с источником постоянного тока, части витков рабочей обмотки располагаются на магнитных полюсах постоянного магнита, и эти части витков коллинеарны оси вращения, а для замыкания магнитного потока постоянного магнита использован железный магнитопровод, образующий с магнитом два рабочих магнитных зазора с сильным магнитным полем и расположенными в этих зазорах указанных частей витков рабочей обмотки, а в качестве постоянного магнита предпочтительно использовать неодимовый магнит NdFeB.
Достижение указанной цели объясняется аналогично тому, как вращается диск Фарадея, жёстко скреплённый с постоянным магнитом, в магнитном зазоре которого находится проводящий диск с постоянным током, радиальные направления которого ортогональны векторам магнитного поля. В отличие от низкоомного диска в заявляемом устройстве применена многовитковая обмотка из проводника, выполненная на постоянном магните в форме параллелепипеда. В тех частях витков этой обмотки, которые находятся внутри двух магнитных зазоров между магнитом и замыкающим его магнитное поле железным магнитопроводом, возникают Лоренцевы силы по известному «правилу левой руки», и эта пара сил образует вращательный момент, что и вызывает вращение ротора-магнита с рабочей обмоткой и железным магнитопроводом, как единого целого. Это позволяет существенно снизить потери в подводящих проводниках за счёт снижения величины постоянного тока в рабочей обмотке.
На рис.1 представлена конструкция заявляемого двигателя со снятым с него железным магнитопровода (для наглядности внутренней конструкции), а на рис.2 дано упрощенное представление устройства с установленным в нём железным магнитопроводом.
Устройство состоит из следующих элементов (рис.1):
1 - неодимовый постоянный магнит в форме параллелепипеда со сторонами a, b и L при этом магнитные полюсы N и S имеют размеры b х L; направление магнитного поля указано фигурной стрелкой - от северного полюса к южному снаружи магнита;
2 - рабочая обмотка, содержащая n витков изолированного проводника диаметром d, намотанных, например, в один слой виток к витку по всей длине b;
3 - ось вращения ротора с подшипниковой парой по концам (корпус двигателя не показан);
4 - кольцевые контакты со щётками, изолированными от оси вращения 3; к которым подключены концы рабочей обмотки 2;
5 - источник постоянного тока (например, аккумулятор) с напряжением U;
6 - выключатель двигателя.
Ток I в рабочей обмотке показан сплошной стрелкой, а пара сил F, приложенных вдоль граней b х L магнита 1, показаны пунктирными стрелками. Эти силы образуют пару сил с вращательным моментом M = а F. Направление вращения ротора показано фигурной стрелкой согласно «правилу левой руки».
На рис.2 показана сборка частей двигателя с железным магнитопроводом 7.
Рассмотрим действие заявляемого двигателя.
Длина частей витков рабочей обмотки, находящихся в каждом из двух магнитных зазоров шириной h между гранями магнита 1 и гранями железного магнитопровода 7 при числе витков n = b / d, равна
L? = n L = b L / d
При протекании тока I в рабочей обмотке от источника постоянного тока 5 при магнитной индукции B в магнитных зазорах сила Лорен-ца вычисляется по известной формуле
F = B L? I = B b L I / d
и вращательный момент
M = а F = B а b L I / d
а мощность вращения ротора равна
P = ? M
где ? - угловая скорость вращения оси 3 ротора двигателя. Произведение а b L - - суть объём магнита 1.
Сопротивление проводника рабочей обмотки
r = 2 n (а + L) ? / q
где ? - удельное сопротивлении проводника (для меди ? = 0,017 Ом * м /мм2 ), q - сечение провода в мм2
Падение напряжения на активном сопротивлении рабочей обмотки равно ? U = I r. При напряжении источника постоянного тока 5 U угловая скорость вращения ротора ? вычис-ляется из известного соотношения
Е = U - ? U = 2 B L? v
где Е - э.д.с. индукции, возникающей в рабочей обмотке 2 при её движении с линейной скоростью v = ? а / 2. Таким образом, угловая скорость вращения ротора вычисляется по следующей формуле:
? = (U - ? U) / B а L?
При этом механическая мощность двигателя P = (U - ? U) I линейно возрастает с увеличением напряжения источника постоянного тока. С увеличением напряжения U также возрастает линейно угловая скорость вращения ротора двигателя, что используется для регулирования скорости вращения оси двигателя. Пусковой момент такого двигателя определяется начальным током Iпуск = U / r.
Важной особенностью заявляемого двигателя является отсутствие в рабочей обмотке коммутации тока, характерной для коллекторных двигателей постоянного тока, и ток в рабочей обмотке неизменен во времени. Наличие переходных процессов в коллекторных двигателях ограничивает их быстродействие. Этот существенный недостаток коллекторных двигателей отсутствует в заявляемом типе двигателя.
Другой важной особенностью предлагаемого устройства является его действие при кажущемся нарушении третьего закона Ньютона, что позволяет считать вращение ротора-магнита вместе с рабочей обмоткой в качестве «безопорного», так как силы Лоренца с одной стороны приложены к рабочей обмотке, а с другой - неизвестно к чему, но не на полюсы N и S ротора-магнита, так как эти полюсы вращаются вместе с рабочей обмоткой. Может создаться впечатление, что опорой сил Лоренца является некое физически нематериальное поле, от которого отталкиваются части витков рабочей обмотки, расположенные в двух магнитных зазорах между магнитом 1 и железным магнитопроводом 7. Этот феномен, доказанный экспериментально, должен стать объектом научного обоснования.
Одной из возможных гипотез, высказываемых автором, может стать реактивная тяга, вращающая ротор-магнит, при которой касательные к окружности радиуса a / 2 силы Лоренца являются объектами такой реактивной тяги. Другим возможным объяснением такого вращательного движения является создаваемое движущимися в поперечном магнитном поле свободными электронами однонаправленное давление на кристаллическую решётку провод-ника. Но в этом случае следует признать возможность перемещения центра инерции тела проводника рабочей обмотки под действием внутренних сил в замкнутой механической системе, что на современном этапе отвергается традиционной наукой.
двигатель магнитопровод ротор обмотка
Размещено на http://www.allbest.ru/
Литература
1. M.Faradey, Experimental Researches in Electricity, London, 1841;
2. Д.В.Сивухин, Общий курс физики, 2 изд., т.3, Электричество, М., 1983;
3. Электрические униполярные машины, под ред. Л.А.Суханова, М., ВНИИЭМ, 1964, с.14;
4. «Электричество», № 8, 1991, с.6-7, рис.8;
5. О.Ф.Меньших, Бесколлекторный двигатель постоянного тока, Патент РФ № 2391761,опубл. в бюлл. № 16 от 10.06.2010.
Размещено на Allbest.ur
Подобные документы
Конструкция двигателя постоянного тока. Сердечник главных плюсов, тип и шаг обмотки якоря. Количество витков обмотки, коллекторных пластин, пазов. Характеристика намагничивания двигателя. Масса проводов обмотки якоря и основные динамические показатели.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.05.2012Номинальные скорость и мощность, индуктивность обмотки якоря, номинальный момент. Электромагнитная постоянная времени. Сборка модели двигателя постоянного тока. Задание параметров электрической части двигателя, механической части момента инерции.
лабораторная работа [282,5 K], добавлен 18.06.2015Размеры, конфигурация и материал магнитной цепи машины. Выбор размеров сердечников якоря, главных и добавочных полюсов. Определение необходимого количества витков обмотки якоря, коллекторных пластин и пазов с целью разработки двигателя постоянного тока.
курсовая работа [242,8 K], добавлен 16.09.2014Расчеты главных размеров двигателя. Выбор и определение параметров обмотки якоря. Проверка магнитной цепи машины, также расчет параллельной обмотки возбуждения, щеточно-коллекторного узла и добавочных полюсов. Конструкция двигателя постоянного тока.
курсовая работа [852,4 K], добавлен 30.03.2011Проектирование двигателя постоянного тока с мощностью 4,5 кВт, степенью защиты IP44. Выбор электромагнитных нагрузок. Расчет обмотки якоря, магнитной цепи, обмотки добавочных полюсов. Рабочие характеристики двигателя со стабилизирующей обмоткой и без нее.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.05.2014Расчет машины постоянного тока. Размеры и конфигурация магнитной цепи двигателя. Тип и шаги обмотки якоря. Характеристика намагничивания машины, расчет магнитного потока. Размещение обмоток главных и добавочных полюсов. Тепловой и вентиляционный расчеты.
курсовая работа [790,3 K], добавлен 11.02.2015Расчет двигателя постоянного тока: главные размеры машины; параметры обмотки якоря, коллектор и щеточный аппарат; геометрия зубцовой зоны. Магнитная система машины: расчет параллельной обмотки возбуждения; потери и коэффициент полезного действия.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 06.09.2012Номинальная мощность и скорость. Индуктивность якорной обмотки, момент инерции. Электромагнитная постоянная времени. Модель двигателя постоянного тока. Блок Step и усилители gain, их главное назначение. График скорости, напряжения, тока и момента.
лабораторная работа [456,6 K], добавлен 18.06.2015Определение главных размеров двигателя, расчет сердечника и обмоток статора, параметров воздушного зазора, полюсов ротора, пусковой обмотки. Определение МДС обмотки возбуждения, ее расчет. Потери мощности, КПД и статическая перегруженность двигателя.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.05.2011Основные этапы проектирования электрического двигателя: расчет параметров якоря и магнитной системы машины постоянного тока, щеточно-коллекторного узла и обмотки добавочного полюса. Определение потери мощности, вентиляционных и тепловых характеристик.
курсовая работа [411,3 K], добавлен 11.06.2011