Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Silnik prądu stałego - prędkość kątowa

jani7 29 Gru 2015 23:30 978 11
  • #1 29 Gru 2015 23:30
    jani7
    Poziom 7  

    Witam.
    Jako, że jestem laikiem w sprawach zjawisk fizycznych zwracam się do was z moim problemem. Mam do wykonania animację działania silnika DC, komutatorowego z dwoma działkami na komutatorze, a co za tym idzie dwoma uzwojeniami wirnika. Silnik posiada dwie szczotki, pole magnetyczne generująmagnesy trwałe. Wiemy, że siła elektrodynamiczna F = BILsinα.
    Film
    Odnosząc się do tego filmu wracam do meritum: Czy siła F powoduje zwiększenie się prędkości obrotowej wirnika (szybkość obracania się wirnika?)?
    Pytam, ponieważ w animacji należy szczegółowo uwzględnić, moim zdaniem, zachowanie wirnika w stosunku kąt - czas.
    Będę ogromnie wdzięczny za pomoc w tej sprawie.
    Z góry dziękuję i pozdrawiam.

    0 11
  • #2 30 Gru 2015 00:15
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Jeśli silnik jest sensownie skonstruowany, to przewód jest prostopadły do pola magnetycznego i F=BIL, a sinα jest z rozkładania siły na dwie prostopadłe do siebie składowe.

    Dwie działki komutatora? Zwykle w małych silniczkach stosuje się trzy, żeby nie było punktu martwego, ani zwarcia, gdy szczotki trafiają na granicę sektorów komutatora. No i między dwoma sektorami można zrobić tylko jedno uzwojenie, a mając trzy sektory można zrobić trzy uzwojenia.

    Na koniec, w silniku na uzwojenie działa para sił, zwykle (jak silnik jest dobrze zrobiony) równych i przeciwnie skierowanych, które dają moment siły napędzający silnik.

    0
  • #3 30 Gru 2015 12:56
    jani7
    Poziom 7  

    Dziękuję za odpowiedź. Dysponuję również modelem silnika z trzema uzwojeniami i trzema działkami komutatora. Natomiast chodziło mi bardziej o to, czy siła F, która jak wiadomo ze wzoru F = BIL sinα jest największa przy kącie 90° (oś wirnika względem osi stojana) ma wpływ na prędkość obrotu wirnika? Inaczej mówiąc czy prędkość obrotu silnika jest zależna od wartości siły, a tym samym od wartości kąta?
    Generalnie chodzi mi o obrót komutatora względem osi o 180°, gdyż muszę to pokazać na animacji.

    0
  • #4 30 Gru 2015 14:18
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Siła działa na przewód, który nie znajduje się na osi obrotu, a moment siły = siła * odległość od osi, zmierzona prostopadle do siły i do osi.

    0
  • #5 30 Gru 2015 17:23
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Natomiast chodziło mi bardziej o to, czy siła F, która jak wiadomo ze wzoru F = BIL sinα jest największa przy kącie 90° (oś wirnika względem osi stojana) ma wpływ na prędkość obrotu wirnika? Inaczej mówiąc czy prędkość obrotu silnika jest zależna od wartości siły, a tym samym od wartości kąta?

    Jeśli chodzi ci o zmiany momentu i prędkości kątowej w funkcji kąta obrotu wirnika, to jest to zjawisko niekorzystne któremu staramy sie przeciwdziałać zwiększając liczbę działek komutatora i cewek w wirniku. Mozna też zwiększyć moment bezwładności.

    0
  • #6 30 Gru 2015 22:16
    _jta_
    Specjalista elektronik

    A może da się tak zaprojektować układ uzwojeń i rozkład pola magnetycznego, żeby przy trzech sektorach komutatora moment był stały?

    0
  • #7 31 Gru 2015 14:54
    jani7
    Poziom 7  

    Może będzie łatwiej jeżeli pokaże sam model.
    Silnik prądu stałego - prędkość kątowa
    A być może chodzi o moment rozruchowy, który w silnikach szeregowych jest duży? Chodzi o pokazanie samego rozruchu, ponieważ potem silnik będzie animowany ze stałą prędkością obrotową.
    Dziękuję i pozdrawiam.

    0
  • #8 31 Gru 2015 15:53
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Silnik szeregowy zawiera elektromagnesy stojana, nie magnesy stałe; są one połączone szeregowo z uzwojeniem wirnika, stąd nazwa; kiedy silnik stoi, albo kręci się powoli, płynie duży prąd i pole stojana jest silniejsze, przez co silnik ma duży moment rozruchowy; problemem z takim silnikami jest "rozbieganie się" przy braku obciążenia, bo w odróżnieniu od silników z magnesami i silników równoległych nie mają ograniczenia na prędkość obrotową, wynikającego z zasady ich działania.

    Silniki z elektromagnesami, zarówno szeregowy, jak i równoległy, kręcą się w tę samą stronę niezależnie od znaku podłączonego napięcia - zasilanie stojana z tego samego źródła, co wirnika, powoduje że siła zawsze działa w tę samą stronę. Widziałem nawet silnik (chyba szeregowy), który był zasilany prądem zmiennym (w rosyjskiej maszynce do golenia, miała we wtyczce przełącznik napięcia - mogła działać na 120V~, albo na 220V~, prąd był ograniczany przez kondensatory).

    Na obrazku modelu wirnik ma trzy uzwojenia, więc komutator musi mieć trzy sektory. Stały moment napędzający (niezależny od aktualnego położenia wirnika) pozwala uniknąć drgań silnika (oczywiście, jeśli wirnik będzie wyważony), to jest zwłaszcza pożądane w gramofonach i magnetofonach (pewnie dziś już wiele osób nie pamięta, że kiedyś używano takiego sprzętu).

    0
  • #9 31 Gru 2015 22:24
    jani7
    Poziom 7  

    Czyli mogę w tym modelu zastąpić magnesy trwałe dwoma zwykłymi elektromagnesami (drut nawinięty na ferromagnetyk)? Czy będzie to poprawne rozwiązanie?

    Jeżeli chodzi o komutator to tak, posiada on trzy powierzchnie. Moje pytanie odnośnie komutatora wygląda nastęująco: jeżeli model posiada dwie szczotki, tzn. że jedno z trzech uzwojeń jest zawsze poza oddziaływaniem prądu ze szczotek?

    Jako, że zna się Pan na rzeczy to pozwole sobe zadać ostatnie pytanie: Czy w tym modelu brakuje jakichś elementów to poprawnego działania silnika oprócz wspomnianych elektromagnesów oraz źródła prądu dla wirnika oraz stojana?

    0
  • Pomocny post
    #10 31 Gru 2015 22:54
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Uzwojenia mogą być połączone w trójkąt - wtedy prąd ma zawsze dwie drogi, przez jedno uzwojenie, albo przez dwa pozostałe połączone szeregowo.

    Zastanówmy się, co by było przy połączeniu w gwiazdę tak, by prąd zawsze płynął przez dwa uzwojenia połączone szeregowo, a przez trzecie nie; w chwili przełączania sektorów na komutatorze prąd musi nagle zmienić uzwojenie, przez które płynie - a że uzwojenie ma jakąś indukcyjność, powstaje w nim duża siła elektromotoryczna, pojawia się duże napięcie - wynikiem jest iskrzenie szczotek. Więc lepiej łączyć w trójkąt, żeby nie było iskrzenia.

    Można zastąpić magnesy trwałe elektromagnesami - tak się robi w dużych silnikach, w małych prąd zasilania tych elektromagnesów musiałby być bardzo duży, żeby uzyskać takie pole magnetyczne, jakie daje magnes, w dużych elektromagnes może dać silniejsze pole, niż mógłby dać magnes. Wynika to z faktu, że magnes działa jak elektromagnes z prądem proporcjonalnym do długości magnesu, a N-krotne zwiększenie rozmiarów elektromagnesu przy niezmienionej gęstości prądu zwiększa prąd N2 razy.

    Do podstawowej konstrukcji silnika są wszystkie potrzebne elementy. Bardziej zaawansowana konstrukcja ma skos między nabiegunnikami stojana, albo wirnika (żeby uzyskać nieco płynną zmianę pola stojana w wirniku przy przechodzeniu granicy nabiegunników wirnika przez granicę nabiegunników stojana - pozwala to uniknąć skokowej zmiany siły, daje bardziej płynny obrót), oraz uzwojenie stojana połączone szeregowo z uzwojeniem wirnika, dające pole prostopadłe do podstawowego pola stojana (to służy do korygowania pola, które jest zniekształcane przez prąd wirnika - to zniekształcenie powoduje zmniejszenie momentu siły i iskrzenie na szczotkach).

    To samo robi się w prądnicy - tam przez korygowanie pola można dodatkowo uzyskać to, że obciążenie prądnicy prawie nie zmienia napięcia - kiedy z prądnicy jest pobierany prąd, płynie on przez dodatkowe uzwojenie stojana, które zwiększa pole magnetyczne, a przez to indukuje większą siłę elektromotoryczną - to wyrównuje spadek napięcia na oporności uzwojeń i połączeń. Do tego dodatkowe uzwojenie powinno być nie prostopadle do kierunku podstawowego pola, a pod odpowiednio dobranym kątem. Ale to już chyba wyszło z mody - teraz są regulatory elektroniczne sterujące prądem elektromagnesu stojana.

    0
  • #11 01 Sty 2016 00:13
    jani7
    Poziom 7  

    Co do uzwojeń, to w tym przypadku są one połączone w trójkąt.

    O elektromagnesy zapytałem z tego względu, iż ma to być z założenia silnik szeregowy prądu stałego. Dlatego, jak już Pan wcześniej wspomniał, będą one tutaj wymagane.

    Jeżeli byłby Pan łaskaw spojrzeć za jakies 2 - 3 dni i ocenić poprawki w modelu.

    Jestem naprawdę wdzięczny za Pańską pomoc.
    Pozdrawiam

    0
  • #12 06 Sty 2016 01:57
    jani7
    Poziom 7  

    Mam pytanie odnośnie elektromagnesów: czy, jak w przypadku magnesów trwałych, są one oznaczane tak samo?

    0