El primero de todos inventado en el siglo XIX rotativoLos autos eléctricos son motores de corriente continua. El principio de su funcionamiento se conoce desde mediados del siglo pasado, y hasta el día de hoy, los motores de CC (CC) continúan sirviendo fielmente a una persona, poniendo en marcha muchas máquinas y mecanismos útiles.
Desde los años 30 del siglo XIX en su desarrollo,pasó por varias etapas. El hecho es que hasta la llegada de los alternadores de máquinas a fines del siglo pasado, la única fuente de electricidad era una celda galvánica. Por lo tanto, todos los primeros motores eléctricos solo podían funcionar con corriente continua.
¿Cuál fue el primer motor DC?El principio de operación y disposición de los motores construidos en la primera mitad del siglo XIX fue el siguiente. El inductor de polo explícito era un conjunto de imanes permanentes fijos o electroimanes de barra que no tenían un circuito magnético cerrado común. El anclaje explícito del poste estaba formado por varios electroimanes de varilla separados en un eje común, impulsados a rotación por las fuerzas de repulsión y atracción hacia los postes del inductor. Sus representantes típicos fueron los motores de W. Ricci (1833) y B. Jacobi (1834), equipados con conmutadores de corriente mecánicos en electroimanes de la armadura con contactos móviles en el circuito de devanado de la armadura.
¿Cuál fue el principio de funcionamiento de esta máquina?El motor de corriente continua Jacobi y sus análogos tuvieron un momento electromagnético pulsante. Durante el tiempo de acercarse a los polos opuestos de la armadura y el inductor bajo la influencia de la fuerza de atracción magnética, el momento del motor alcanzó rápidamente un máximo. Luego, cuando los polos de la armadura estaban opuestos a los polos del inductor, el interruptor mecánico interrumpía la corriente en los electroimanes de la armadura. El momento cayó a cero. Debido a la inercia de la armadura y el mecanismo accionado por el mecanismo, los polos de la armadura salieron de debajo de los polos del inductor, en este momento se les suministró una corriente de la dirección opuesta desde el interruptor, su polaridad también cambió a la opuesta, y la fuerza de atracción al polo más cercano del inductor fue reemplazada por la fuerza repulsiva. Por lo tanto, el motor Jacobi giraba en empujes sucesivos.
En solenoides de varilla de la armadura del motorLa corriente de Jacobi se apagaba periódicamente, el campo magnético creado por ellos desaparecía y su energía se convertía en pérdidas de calor en los devanados. Por lo tanto, la conversión electromecánica de electricidad de la fuente actual de la armadura (celda galvánica) en mecánica se produjo de forma intermitente. Lo que se necesitaba era un motor con un devanado cerrado continuo, cuya corriente fluiría continuamente durante todo el tiempo de su operación.
Y tal fuhtufn fue creado en 1860 por A.Pacinotti ¿En qué se diferenciaba su motor DC de sus predecesores? El principio de funcionamiento y diseño del motor Pacinotti son los siguientes. Como ancla, utilizó un anillo de acero con agujas de tejer montadas en un eje vertical. En este caso, el ancla no tenía polos pronunciados. Se hizo implícito.
Se enrollaron bobinas entre los radios del anillo.devanados de la armadura, cuyos extremos estaban conectados en serie en el propio anclaje, y desde los puntos de conexión de cada dos bobinas, se hicieron soldaduras unidas a las placas colectoras ubicadas a lo largo de la circunferencia en la parte inferior del eje del motor, cuyo número era igual al número de bobinas. Todo el devanado de la armadura se cerró sobre sí mismo, y los puntos de conexión sucesivos de sus bobinas se conectaron a las placas colectoras vecinas, a lo largo de las cuales se deslizaron un par de rodillos portadores de corriente.
Se colocó un anillo de anclaje entre los polos de los doselectroimanes fijos del inductor-estator, de modo que las líneas de fuerza del campo magnético de excitación creado por ellos ingresaron a la superficie cilíndrica exterior de la armadura del motor debajo del polo de excitación norte, pasaron a través de la armadura anular sin moverse hacia su orificio interior y salieron al exterior debajo del polo sur.
¿Cuál fue su principio de acción? El motor DC de Pacinotti funcionaba igual que los DCT modernos.
En el campo magnético del polo del inductor con un dadoLa polaridad siempre encontró un cierto número de conductores del devanado de la armadura con una corriente de dirección constante, y la dirección de la corriente de la armadura debajo de los polos opuestos del inductor era opuesta. Esto se logró colocando rodillos portadores de corriente que desempeñan el papel de cepillos en el espacio entre los polos del inductor. Por lo tanto, la corriente de armadura instantánea fluyó hacia el devanado a través del rodillo, la placa colectora y el grifo conectado, que también estaba en el espacio entre los polos, luego fluyó en direcciones opuestas a lo largo de las dos ramas de medio devanado, y finalmente fluyó a través del grifo, la placa colectora y el rodillo en otro polo. la brecha En este caso, la armadura se enrolla debajo de los polos del inductor cambiada, pero la dirección de la corriente en ellos permaneció sin cambios.
Según la ley de Ampere, para cada conductor de la bobinaLa armadura con corriente ubicada en el campo magnético del polo del inductor, una fuerza actuada, cuya dirección está determinada por la conocida regla de la "mano izquierda". En relación con el eje del motor, esta fuerza creó un par, y la suma de los momentos de todas esas fuerzas da el momento total del DPT, que ya es casi constante con varias placas colectoras.
Como ha sucedido a menudo en la historia de la ciencia ytecnología, la invención de A. Pacinotti no ha encontrado aplicación. Fue olvidado durante 10 años, hasta que en 1870 fue repetido independientemente por el inventor franco-alemán Z. Gram en un diseño similar de un generador de CC. En estas máquinas, el eje de rotación ya era horizontal, se usaban escobillas de carbón, deslizándose sobre las placas colectoras de un diseño casi moderno. En los años 70 del siglo XIX, el principio de reversibilidad de las máquinas eléctricas ya era bien conocido, y la máquina Gram se usaba como generador y motor de CC. El principio de su funcionamiento ya se ha descrito anteriormente.
A pesar de la invención de un anillo de anclajeFue un paso importante en el desarrollo de DPT, su devanado (llamado gramo) fue un inconveniente significativo. En el campo magnético de los polos del inductor estaban solo los de sus conductores (llamados activos), que se encuentran debajo de estos polos en la superficie cilíndrica exterior de la armadura. Fue a ellos a quienes se aplicaron las fuerzas magnéticas de Ampere, creando un par relativo al eje del motor. Los mismos conductores inactivos que pasaron por el orificio del ancla anular no participaron en la creación del momento. Solo disiparon inútilmente la electricidad en forma de pérdida de calor.
Eliminar este defecto de anclaje de anillosucedido en 1873 por el famoso ingeniero eléctrico alemán F. Gefner-Altenek. ¿Cómo funcionaba su motor DC? El principio de funcionamiento, el dispositivo de su inductor-estator es el mismo que el de un motor con una bobina de anillo. Pero el diseño del ancla y su devanado han cambiado.
Gefner-Altenek notó que la direcciónLa corriente de la armadura que fluye desde los cepillos fijos en los conductores del devanado de gramo debajo de los polos de excitación adyacentes es siempre la opuesta, es decir. se pueden incluir en la composición de las bobinas ubicadas en la superficie cilíndrica exterior de la bobina con un ancho (inclinación) igual a la división del poste (la parte del círculo de armadura por un poste de excitación).
En este caso, el agujero en elanclas de anillo, y se convierte en un cilindro sólido (tambor). Tal devanado y el ancla en sí se llamaban tambor. El consumo de cobre en él con el mismo número de conductores activos es mucho menor que en el devanado de gramo.
En las máquinas Gram y Gefner-Altenek, la superficielos anclajes eran lisos y los conductores de su devanado estaban ubicados en el espacio entre ellos y los polos del inductor. En este caso, la distancia entre la superficie cilíndrica cóncava del poste de excitación y la superficie convexa de la armadura alcanzó varios milímetros. Por lo tanto, para crear la magnitud deseada del campo magnético, se requería usar bobinas de excitación con una gran fuerza magnetomotriz (con un gran número de vueltas). Esto aumentó significativamente el tamaño y el peso de los motores. Además, era difícil de montar en la superficie lisa del ancla de su bobina. Pero que hacer? De hecho, para actuar sobre un conductor con una corriente de fuerza de amperios, debe estar en puntos en el espacio con un gran campo magnético (con gran inducción magnética).
Resultó que esto no es necesario.El inventor estadounidense de la ametralladora H. Maxim demostró que si el ancla del tambor está dentada y las bobinas del devanado del tambor se colocan en las ranuras formadas entre los dientes, entonces el espacio entre él y los polos de excitación se puede reducir a fracciones de un milímetro. Esto hizo posible reducir significativamente el tamaño de las bobinas de excitación, pero el par del DPT no disminuyó en absoluto.
¿Cómo funciona un motor tan permanenteactual? El principio de funcionamiento se basa en el hecho de que con un ancla dentada, la fuerza magnética se aplica no a los conductores en sus ranuras (prácticamente no hay campo magnético en ellas), sino a los dientes en sí. Además, la presencia de corriente en el conductor en la ranura es crucial para la aparición de esta fuerza.
Otra mejora importante introducidaEl famoso inventor T. Edisson. ¿Qué agregó al motor de CC? El principio de acción no ha cambiado, pero el material del que está hecho su ancla ha cambiado. En lugar del primero masivo, se convirtió en una carga de delgadas láminas de acero aisladas eléctricamente entre sí. Esto hizo posible reducir la magnitud de las corrientes parásitas (corrientes de Foucault) en la armadura, lo que aumentó la eficiencia del motor.
Кратко его можно сформулировать так:Cuando el devanado de la armadura del motor excitado está conectado a una fuente de energía, surge una gran corriente, llamada corriente de arranque, y varias veces su valor nominal. Además, bajo los polos de excitación de polaridad opuesta, la dirección de las corrientes en los conductores del devanado del inducido es la opuesta, como se muestra en la figura a continuación. De acuerdo con la regla de la "mano izquierda", estos conductores se ven afectados por las fuerzas de Ampere dirigidas en sentido antihorario y arrastrando el ancla hacia la rotación. En este caso, una fuerza electromotriz (contra-EMF) se dirige en los conductores del devanado de la armadura dirigida contraria al voltaje de la fuente de energía. A medida que la armadura se acelera, el contra-EMF en su devanado también crece. En consecuencia, la corriente de armadura disminuye desde el arranque hasta el valor correspondiente al punto de operación en la característica del motor.
Чтобы повысить скорость вращения якоря, нужно ya sea aumentar la corriente en su devanado, o reducir el contra-EMF en él. Esto último puede lograrse reduciendo la magnitud del campo magnético de la excitación reduciendo la corriente en el devanado de excitación. Este método de control de la velocidad de DPT está muy extendido.
Con conexión de terminales de devanado de campo (OV)Los DCT potentes generalmente se realizan en una fuente de alimentación separada (RH independiente) para que sea más conveniente controlar la magnitud de la corriente de excitación (para cambiar la velocidad de rotación). Según sus propiedades, los DCT con HR independiente son casi similares a los DCT con OV, conectados en paralelo al devanado del inducido.
El principio de funcionamiento de un motor DC.la excitación paralela está determinada por su característica mecánica, es decir La dependencia de la velocidad de rotación del momento de carga en su eje. Para un motor de este tipo, el cambio de velocidad durante la transición del ralentí al momento de carga nominal es del 2 al 10%. Tales características mecánicas se llaman rígidas.
Таким образом, принцип действия двигателя La corriente continua con excitación paralela determina su uso en accionamientos con una velocidad de rotación constante con una amplia gama de cambios de carga. Sin embargo, se usa ampliamente en un variador de velocidad variable. En este caso, para controlar su velocidad, se puede aplicar un cambio tanto en la corriente de armadura como en la corriente de excitación.
El principio de funcionamiento de un motor DC.La excitación secuencial, así como paralela, está determinada por su característica mecánica, que en este caso es suave, porque La velocidad del motor varía significativamente con los cambios de carga. ¿Dónde es mejor usar un motor de CC de este tipo? El principio de funcionamiento del motor de tracción ferroviario, cuya velocidad debería disminuir al superar la composición de las subidas y volver al valor nominal al moverse por la llanura, corresponde totalmente a las características del DCT con OB conectado en serie con el devanado del inducido. Por lo tanto, una parte importante de las locomotoras eléctricas de todo el mundo está equipada con dichos dispositivos.
El principio de funcionamiento de un motor DC conLa excitación secuencial también implementa motores de tracción de corriente pulsante, que son, de hecho, los mismos motores de CC con un OB serie, pero especialmente diseñados para trabajar con corriente rectificada a bordo de una locomotora eléctrica, que tiene ondas significativas.
