DC 모터 이론

[장풍과학] 전동기의 원리 (12 월 2018).

Anonim

DC 모터 이론

DC 전기 회로


질문 1

와이어 루프의 끝이 두 개의 반원형 금속 스트립에 부착되면 두 개의 스트립이 거의 완전한 원형을 이루도록 배열되고 스트립은 배터리의 반대 극에 연결되는 두 개의 "브러쉬"에 의해 접촉됩니다. 와이어 루프가 "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00384x01.png">

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시계 방향으로, 연속적으로.

노트:

학생들에게이 질문을 던져보십시오. 반원 모양의 금속 스트립을 사용하지 않고 와이어 루프를 연속적으로 회전시켜 배터리와의 접촉을 끊을 수있는 방법이 있습니까? 학생들에게 전기 모터 / 발전기 용어로 두 개의 반원형 금속 스트립이 무엇인지 불리는 지 물어보십시오.

질문 2

스위치가 닫히면 전류계는 처음에 많은 양의 전류를 등록 할 것이고, 그 다음 전류는 모터의 속도가 올라감에 따라 시간이 지남에 따라 훨씬 더 작은 값으로 감소합니다 :

전류가 전압 및 저항 (I = E / R )의 직접적인 함수로 간주되는 옴의 법칙에 비추어 볼 때, 이것이 일어나는 이유를 설명하십시오. 결국, 모터의 권선 저항은 회전하면서 변하지 않으며 배터리 전압은 상당히 일정합니다. 왜 초기 전류와 최대 작동 속도 사이에서 전류가 매우 다양합니까? "# 2"> 대답 숨기기 대답 숨기기

모터 전류는 회 전자가 회전함에 따라 전기자가 생성하는 역기전력으로 인해 속도에 반비례합니다.

추가 질문 : 배터리, 스위치, 전류계 및 모터의 등가 회로를 보여주는 회로도를 그린 다음 다른 배터리 기호로 표시된 모터의 역기전력을 사용하십시오. 어떤 방식으로 역기전력 전압이 배터리 전압 과 반대 되는가, 아니면 배터리 전압을 돕는가 ?

노트:

시동 중 전기 모터의 소위 "돌입 전류 (inrush current)"는 정상 전체 부하 전류의 10 배 이상으로 상당히 클 수 있습니다!

질문 3

4500 RPM으로 회전하는 DC 전기 모터는 터미널에서 측정 된 110 볼트의 전류로 3 암페어를 소비합니다. 모터가 정지 상태 일 때 저항계로 측정 된 전기자 권선의 저항은 2.45 옴입니다. 4500 RPM으로 모터가 발생하는 역기전력은 얼마입니까?

모터가 처음에 전원이 켜졌을 때 (뼈대 속도 = 0 RPM), 단자에서 110 볼트를 다시 한번 가정 할 때 "돌입 전류"가 얼마나됩니까?

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E 카운터 = 4200 RPM에서 102.65 V

돌진 = 44.9 A

노트:

이 계산은 학생들이 전기 모터의 "돌입 전류"가 얼마나 중요한지 깨달을 수있게 도와줍니다.

질문 4

전류가이 와이어를 통과하면 와이어가 어느 방향으로 밀릴 것입니까 (자기장의 상호 작용에 의해)?

이것은 전기 모터 또는 발전기 의 예입니다 "# 4"> 대답 공개 대답 숨기기

모터 예에서 와이어가 위로 밀려 납니다 .

노트:

두 개의 자기장의 상호 작용을 이해하기위한 시각적 보조 장치는 영구 자석에서 유출되는 플럭스 라인을 와이어 주변의 원형 플럭스 라인에 대해 보여주는 다이어그램입니다. 그들의 연구에서 비슷한 삽화를 발견 한 학생들에게 그것을 본 적이없는 사람들을 위해 반원 앞의 칠판에 그 그림을 그려 보라고한다.

질문 5

두 개의 막대 자석 사이의 자기장에 수직으로 향한 전류 전달 도체의 자속 선을 분석하면 상호 작용은 다음과 같이 보입니다.

자속 선 (막대 자석의 직선 대 선의 원)의 상호 작용은 와이어에 기계적 힘을 발생시킵니다 ( 로렌츠 힘이라고 함). 이 힘을 행사할 방향은 "# 5"> 답변 공개 답변 숨기기

노트:

이 질문은 오른쪽 규칙 (또는 전자 흐름 표기법을 따르는 경우 왼손 규칙)을 잘 적용하는 역할을합니다.

질문 6

전류가 루프의 루프를 통과하면 그림과 같이 루프가 어느 방향으로 회전할지 "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00383x01.png">

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시계 방향으로 1/4 회전 (90도).

노트:

학생들에게이 통전 와이어 루프에 의해 생성 된 전자기장의 극점을 확인하도록 요청하면 토크 방향이 이해하기 쉬워 질 수 있습니다.

질문 7

DC 모터는 공통 축을 중심으로 방사상으로 이격 된 일련의 전자석으로 생각할 수 있습니다.

이 특별한 모터는 전기자에만 와이어 권선이있는 "영구 자석"타입입니다.

시계 방향 회전을 유지하기 위해 전기자의 전자기 극 팁에 필요한 자기 극성 (북쪽에는 "N", 남쪽에는 "S")을 씁니다.

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후속 질문 :이 모터가 통전되었을 때와 같이 회전하지 않았다고 가정합니다. 통전시 모터가 움직이지 않을 수있는 몇 가지 가능한 (특정) 오류를 확인하십시오.

노트:

질문과 대답 모두에 표시된 그림은 정류를 논의하기위한 좋은 매체를 제공합니다. 학생들에게 모터의 회전이 연속되도록하기 위해 샤프트 주위에 반경 방향으로 배치 된 전자석은 올바른 방향으로 항상 "당기고"밀기 위해서는 적시에 활성화 및 비활성화되어야합니다.

비 전기적 및 전기적 결함 가능성을 고려하여 학생과의 후속 질문에 시간을 할애하십시오.

질문 8

다음 DC 모터 조건을 정의하십시오.

• 들
• 전기자
• 정류자
• 브러쉬
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• 필드 (Field) : 정지 자기장을 생성하는 모터 부분
• 전기자 : 모터의 회전 부분
• 정류자 : 전기자 코일 리드가 종결되는 구리 스트립 (일반적으로 샤프트의 한쪽 끝에 위치)
• Brush : 움직이는 정류자 바에 전기적으로 접촉하도록 설계된 고정 탄소 블록

노트:

학생들은이 용어 정의를 검색 할 때 DC 전동기의 그림을 발견 할 수 있습니다. 가능하면이 사진들을 반원들에게 보여주게하십시오. 또한, 분해 된 전기 모터는 전기 모터 명명법에 대한 토론을위한 훌륭한 "보호 장치"입니다.

질문 9

DC 모터가 작동 중일 때, 일반적으로 카본 브러시가 "정류자"세그먼트와 접촉하는 곳에 스파크가 나타날 수 있습니다. 이 스파크가 발생하는 이유를 설명하고 전기 사용에 "정류 (commutation)"라는 단어를 정의하십시오.

이 현상은 DC 모터의 수명 및 특정 환경에서의 적합성을 나타냅니다. "# 9"> 대답 숨기기 대답 숨기기

"정류"란 단어의 전기적인 의미에서 "방향을 뒤집을"것을 의미합니다. 전기자 권선으로 전기 회로를 교대로 만들고 끊는 정류자 바 및 브러시의 결과로 어느 정도 스파크가 발생합니다.

후속 질문 : 스파크 모터가 안전하지 않은 환경을 확인하십시오.

노트:

학생들이 일종의 전기 유지 보수 작업에서 일하는 것을 발견하면 정류자에서 스파크가 발생했기 때문에 직류 전동기에서 일상적으로해야 할 일은 무엇이라고 생각하십니까? 이 불꽃이 특정 환경에서 나타날 수있는 안전 문제는 무엇인지 물어보십시오. 이 같은 모터 설계에 특히 해로운 환경이 있다고 생각하는지 물어보십시오.

질문 10

직류 전동기의 전기자 코일이 고정 자장 극에 의해 생성 된 자속 선을 통해 회전하기 때문에 전압이 해당 코일에 유도됩니다. 이 현상이 전자기 유도의 패러데이의 법칙, 특히 유도 전압의 크기에 영향을주는 변수와 관련하여 어떻게 작용하는지 기술하시오.

e = N


dt

회전 전기자에 의해 생성되는 자기 유도 전압은 대 향 전압 또는 역기전력 이라고도합니다. 왜 "카운터"라고 불릴까요? 이 용어가 암시하는 바는 무엇이며, 이 유도 전압의 "반향 (counter)"특성에 의해 설명되는 전자기 원리는 무엇입니까?

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역기전력은 전기자 권선의 권수와 전기장 속도에 따라 전기자 속도와 직접적으로 다릅니다. 렌츠 (Lenz)의 법칙 때문에 "반향 (counter)"EMF라고 불린다. 유도 된 효과는 원인에 반대한다.

노트:

이 문제를 가장 잘 전달하고자하는 원칙은 작동 할 때 모든 모터가 발전기 (counter-EMF)로 작용한다는 것입니다. 이 개념은 전기 모터 동작, 특히 토크 / 속도 곡선을 이해하는 데 필수적입니다.

질문 11

영구 자석 DC 모터에 적용되는 전압의 양과 영구 자석 DC 모터의 전기자 권선을 통과하는 전류의 양은 최대 속도와 토크 출력 (비틀림 힘)의 두 가지 기계적 양과 관련됩니다.

어떤 전기량이 어떤 기계적 양과 관련이 있습니까? 전압과 속도 및 전류와 관련된 전압인가? 당신의 대답을 설명하십시오.

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영구 자석 DC 모터에인가되는 전압의 양은 무부하 속도를 결정하는 반면 전기자 권선을 통과하는 전류의 양은 토크 출력을 나타냅니다.

노트:

이 질문은 학생들에게 전자 기적 및 전자기 유도의 개념을 전압 및 전류와 관련 지을 것을 요구합니다. DC 모터의 영구 자석 스타일은 이러한 변수들 사이에 거의 선형적인 관계를 나타내지 만 모든 DC 전기 모터는 동일한 일반 패턴을 나타냅니다 : 더 많은 전압, 보다 빠른 속도, 더 많은 전류, 더 많은 토크; 다른 모든 변수는 동일합니다.

질문 12

이 모터 회로에 문제가 발생했습니다. 스위치가 켜지면 모터가 회전하지 않습니다. 그러나 전류계에 표시된 것처럼 많은 전류 (정상 작동 전류의 몇 배)를 소모합니다.

이 정보를 바탕으로, 회로 "# 12"> Reveal answer에 대한 답변이 숨겨져있을 것입니다.

하나의 가능한 원인은 전기자 권선 또는 전기자 (브러시, 아마도)에서 뭔가가 열리지 못했습니다. 그러나 내부 모터 문제 만이 유일한 가능성은 아닙니다!

노트:

이 질문은 진단 적 사고에서의 운동입니다. 추가 측정이나 관찰을하기 전에 항상 주어진 정보로 문제의 본질을 진단하기 위해 학생들에게 도전하십시오. 너무 자주 사람들은 전기 시스템 문제를 해결하는 데 필요한 것보다 더 많은 측정을합니다. 왜냐하면 그들이하는 일에 대해 신중하게 생각하지 않기 때문입니다.

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