Nuolatinės srovės elektros pavaros: tipai, veikimo principai ir taikymas

Nuolatinės srovės (DC) variklis yra elektros mašina, kuri paverčia elektros energiją į mechaninę energiją. DC varikliai gauna elektros energiją per nuolatinę srovę ir paverčia šią energiją mechaniniu sukimu. Jie naudoja magnetinius laukus, atsirandančius dėl generuojamų elektros srovių, kurie skatina rotoriaus, pritvirtinto išėjimo velene, judėjimą.

Nuolatinės srovės variklių istorija ir evoliucija

Pirmasis nuolatinės srovės variklis buvo sukurtas maždaug 1830-1840 m. Tačiau šie varikliai nebuvo komerciškai sėkmingi, nes jie buvo maitinami baterijomis, o to meto akumuliatoriai buvo labai brangūs ir žemos kokybės. Pirmieji komerciškai perspektyvūs nuolatinės srovės varikliai į rinką pateko vėliau. Nuolatinės srovės varikliai buvo nuolat tobulinami, tačiau per tą laiką buvo sukurti ir kitų tipų varikliai, pavyzdžiui, BLDC (bešepetėliniai nuolatinės srovės) varikliai. Dėl šios priežasties šepečiu varomų nuolatinės srovės variklių naudojimas kai kuriose srityse šiandien yra apribotas.

Nuolatinės srovės variklių privalumai

Nuolatinės srovės varikliai pasižymi keletu svarbių privalumų, dėl kurių jie yra plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose ir įrenginiuose:

• Didesnis paleidimo sukimo momentas: Tai yra vienas iš geriausių nuolatinės srovės variklio pranašumų. Dėl didelio paleidimo momento šie varikliai plačiai naudojami tokioms reikmėms kaip elektrinė trauka, elektriniai kranai ir lokomotyvai, kur reikia susidoroti su didele apkrova paleidimo metu.
• Galimybė valdyti greitį plačiame diapazone: Skirtingai nuo kitų tipų elektros variklių, nuolatinės srovės varikliai turi galimybę valdyti greitį aukščiau ir žemiau vardinio greičio diapazono. Tai leidžia plačiau reguliuoti greitį.
• Nėra harmoninio efekto: Kalbant apie asinchroninius variklius, vienas iš pagrindinių trūkumų yra harmonikų poveikis variklyje, sukeliantis nuostolius. Nuolatinės srovės varikliuose šio efekto nėra.
• Galimybė greitai valdyti variklius: Palyginti su kitais varikliais, nuolatinės srovės variklius yra gana lengva greitai ir tiksliai valdyti.
• Mažiau elektronikos ir taisymo poreikių: Palyginti su kintamosios srovės keitiklio pavaros varikliu, nuolatinės srovės varikliui reikia mažiau elektronikos ir ištaisymo elektros grandinėje.
• Geresnis greičio reguliavimas: Nuolatinės srovės varikliai yra labai populiarūs dėl geresnio greičio reguliavimo, palyginti su kintamosios srovės varikliais. Tiksliam naudojimui reikalingas geresnis nuolatinės srovės variklio panaudojimas norint valdyti didesnį specifinį greitį.

Nuolatinės srovės variklio komponentai ir veikimas

Nuolatinės srovės variklio komponentai susideda iš statoriaus, armatūros, rotoriaus ir komutatoriaus su šepečiu. Priešingas poliškumas tarp dviejų nuolatinės srovės variklio viduje esančių magnetinių laukų sukelia sukimąsi.

Pagrindinės nuolatinės srovės variklio dalys:

• Rotorius (armatūra): Rotorius, dažnai vadinamas armatūra, yra variklio dalis, kuri sukasi ir yra tarp lauko apvijų polių. Jį sudaro šerdis, komutatorius, velenas ir rotoriaus apvijos. Nuolatinės srovės variklio rotoriai yra magnetiniai laminuoti cilindrai, izoliuoti vienas nuo kito. Šis rotorius sukasi apie savo ašį ir yra atskirtas nuo lauko ritės oro tarpu.
• Statorius (ritės laukas): Statorius yra nejudanti variklio dalis. Jį sudaro šerdis, apvija ir statoriaus rėmas. Rėmas pagamintas iš ketaus ir yra visas generatoriaus elementas. Šis komponentas, sudarytas iš vielos apvijos, sukuria magnetinį lauką.
• Variklio korpusas: Mašinos korpusas atlieka magnetinio srauto, generuojamo dviejų magnetinių polių, terpės funkciją. Be to, jis taip pat tarnauja kaip tam tikrų įrankių, supančių mašinos dalį, klojimo funkcija. Paprastai korpusas gaminamas iš plieninės plokštės arba ketaus.
• Komutatorius: Komutatorius yra cilindrinė vario konstrukcija, sudėta ir izoliuota naudojant žėrutį. Pagrindinė komutatoriaus funkcija yra tiekti elektros srovę į ritės apviją.
• Šepetys (anglies šepetėlis): Anglies šepetėlis yra ant komutatoriaus ir tiekia elektros įtampą varikliui. Šie šepečių komponentai pagaminti iš grafito ir anglies struktūros. Nuolatinės srovės variklio šepetėlis atlieka elektros srovės laidumą iš išorinės grandinės į besisukantį komutatorių.
• Armatūros apvijos: Šis komponentas yra nuolatinės srovės variklio dalis, kurio vaidmuo yra generuoti statinį magnetinį lauką rotoriuje. Komutatoriai ir šepečių blokai yra susiję su galios perdavimu iš statinės elektros grandinės į mechaniškai besisukančią sritį arba rotorių.
• Rėmas (jungas): Ši nuolatinės srovės variklio dalis yra statoriaus ir rotoriaus apsauga.

Nuolatinės srovės variklių tipai

Yra 3 pagrindiniai nuolatinės srovės variklių tipai, kurie skiriasi lauko apvijų prijungimo būdu, atsižvelgiant į armatūros grandinę:

1. Serijinis nuolatinės srovės variklis

Šio variklio lauko apvijos yra nuosekliai sujungtos su armatūra. Serijinėje apvijoje yra palyginti nedaug didesnės vielos arba varinės juostos apsisukimų, galinčių nešti visą variklio apkrovos srovę. Paleidžiant, kadangi apvijos yra mažos varžos, gali būti naudojama didelė srovė, sukurianti didelį paleidimo momentą. Tai yra privalumas esant didelėms paleidimo apkrovoms, tokioms kaip trauka, kranas ir kitos sunkios apkrovos. Serijinio variklio greitis priklauso nuo apkrovos, todėl sumažėjus grandinėje tekančiai visos apkrovos srovei, greitis padidės. Kai kuriais atvejais variklio greitis gali padidėti iki lygio, viršijančio rekomenduojamą didžiausią.

2. Šuntinis nuolatinės srovės variklis

DC šunto variklyje lauko apvija yra sujungta lygiagrečiai (šuntas) su armatūra. Šunto apvija yra suvyniota iš daugelio mažos varinės vielos vijų ir, kadangi ji yra prijungta per nuolatinės srovės lauko tiekimą, jos lauko srovė bus pastovi. Variklis dirbs iki vardinio apsisukimų skaičiaus ir tam neturės didelės įtakos apkrovos pokytis. Paleidimo sukimo momentas bus mažesnis nei panašaus dydžio serijinio variklio, bet jei to nereikia, tuomet gali būti geriau naudoti pastovaus greičio šunto variklį. Nuolatinės srovės šuntavimo varikliai gali būti naudojami daugeliu atvejų, pavyzdžiui, plastiko ar vielos išspaudimui.

3. Sudėtinis nuolatinės srovės variklis

Naudojant nuolatinės srovės mišinį variklį, didžioji lauko dalis yra suvyniota šunto laukui, tačiau viršuje yra keletas nuoseklios apvijos apsisukimų. Šuntas yra prijungtas per lauko tiekimą, o serijiniai posūkiai yra nuosekliai sujungti su armatūra. Tai suteikia variklį su šunto ir serijos charakteristikų deriniu. Pradinis sukimo momentas bus didesnis nei šunto variklio, bet ne toks didelis kaip serijinio variklio. Greitis keisis priklausomai nuo apkrovos, o dydis priklausys nuo lauko ploto %, skirto serijinei apvijai. Serijos laukas gali būti išdėstytas taip, kad padidintų arba sumažintų greitį su apkrova. Šių variklių pritaikymas skiriasi, tačiau dažnai jie skirti didesniam naudojimui, pvz., atsukamiesiems stabdžių generatoriams, konvejeriams, maišytuvams ir kt. Taip pat galima naudoti nuolatinės srovės sudėtinį variklį, kai tiekimas tiekiamas iš įvairių voltų baterijų.

Nuolatinės srovės ir kintamosios srovės variklių skirtumai

Skirtumas tarp kintamosios srovės ir nuolatinės srovės variklių yra nepaprastai svarbus ne tik egzaminavimo, bet ir įvairių projektų bei praktinių demonstracijų požiūriu. Žinant kintamosios srovės ir nuolatinės srovės variklių skirtumus, pasirinkti tinkamą konkrečiam demonstravimui tampa lengva. Ši tema taip pat labai svarbi inžinerijos kandidatams.

Pagrindiniai skirtumai:

• Nuolatinės srovės varikliai veiks tik tada, kai bus tiekiamas nuolatinės srovės maitinimas. Išimtis: jei yra nuolatinės srovės serijos variklis, jis gali veikti su kintamosios srovės tiekimu.
• Kintamosios srovės varikliuose armatūra nejuda, o magnetinis laukas sukasi. Nuolatinės srovės varikliuose armatūra sukasi, kol magnetinis laukas lieka nejudantis.
• Kintamosios srovės varikliuose yra trys įvesties gnybtai (RYB). Nuolatinės srovės varikliuose yra du įvesties gnybtai (teigiamas ir neigiamas).

Tiek kintamosios srovės, tiek nuolatinės srovės varikliai plačiai naudojami įvairiuose prietaisuose.

Nuolatinės srovės variklio pasirinkimo kriterijai

Renkant nuolatinės srovės variklį, svarbu atsižvelgti į kelis veiksnius, kad būtų užtikrintas maksimalus efektyvumas ir tinkamumas konkrečiai paskirčiai:

1. Nustatykite greitį, sukimo momentą ir įtampą

Trys pagrindinės specifikacijos, kurias turėsite žinoti bet kokiam nuolatinės srovės varikliui, yra įtampa, greitis ir sukimo momentas. Nustačius šiuos aspektus, galėsite pasirinkti idealų nuolatinės srovės variklio sprendimą. Svarbiausia yra naudoti nuolatinės srovės variklį, kuris veikia maksimaliai efektyviai arba beveik. Nuolatinės srovės variklio įtampa bus nustatoma pagal jūsų elektros energijos šaltinį, pvz., 12 voltų akumuliatorių arba maitinimo šaltinį.

2. Balanso dydis ir našumas

Tinkamas nuolatinės srovės variklio dydis yra svarbus kiekvienai programai, tačiau tai gali tapti problema, jei reikalingas tam tikras našumas. Paprastai didesni nuolatinės srovės varikliai yra galingesni nei mažesni.

3. Reduktoriaus naudojimas didesniam sukimo momentui

Kartais reikia daugiau sukimo momento, nei fiziškai įmanoma išgauti iš standartinio nuolatinės srovės variklio. Naudojant nuolatinės srovės pavarą, nuolatinės srovės variklis padidins sukimo momentą ir sumažins greitį, o tai priklauso nuo naudojamo perdavimo skaičiaus. Yra 3 pagrindiniai reduktorių tipai: nuolatinės srovės varikliai, planetinės pavaros nuolatinės srovės varikliai ir nuolatinės srovės varikliai su sliekine pavara. Kiekvienas reduktoriaus tipas turi savo privalumų. Galima pridėti reduktorių prie žingsninių nuolatinės srovės variklių, nuolatinės srovės variklių be šepetėlių, taip pat šepetinius nuolatinės srovės variklius.

4. Apibrėžkite savo darbo ciklą

Jūsų darbo ciklas nulems, kuris nuolatinės srovės variklio tipas yra geriausias jūsų programai ar įrenginiui. Veikimo laikas ir laukimo laikas, taip pat kryptinis sukimasis yra pagrindiniai jūsų darbo ciklo aspektai. Darbo ciklas turėtų būti apibrėžtas nuolatinės srovės variklio pasirinkimo proceso pradžioje. Nutrūkstantys darbo ciklai yra skatinami daugumoje pramoninių pritaikymų, siekiant pailginti nuolatinės srovės variklio arba pavaros nuolatinės srovės variklio naudojimo laiką.

Saugos reikalavimai eksploatuojant elektros įrenginius

Asmenys, eksploatuojantys elektros įrenginius, vadovaujasi Lietuvos Respublikos darbuotojų saugos ir sveikatos įstatymu ir atitinkamomis taisyklėmis. Eksploatuojami elektros įrenginiai turi atitikti elektros įrenginių įrengimo taisyklių (EĮĮT) ir gamintojo parengtų Techninio eksploatavimo instrukcijų (TEI) reikalavimus. Elektros įrenginio eksploatuotojas yra atsakingas už Taisyklių reikalavimų vykdymą.

Darbuotojų kvalifikacija ir atestavimas

Elektrotechnikos darbuotojais vadinami fiziniai asmenys, turintys atitinkamą išsilavinimą arba atlikę stažuotę ir atestuoti nustatyta tvarka, bei turintys nustatytos formos energetikos darbuotojo pažymėjimus. Minimalūs išsilavinimo, papildomų kompetencijų ir profesinės patirties reikalavimai atitinkamos apsaugos nuo elektros kategorijos elektrotechnikos darbuotojams, dirbantiems žemosios ir aukštosios įtampos elektros įrenginiuose, nustatyti Taisyklėse. Naujai priimti asmenys, kol neatestuoti, gali dirbti veikiančiuose elektros įrenginiuose tik prižiūrimi atestuoto elektrotechnikos darbuotojo.

Vartotojo elektros įrenginių eksploatavimui privalo būti skiriamas asmuo, atsakingas už elektros ūkį. Jei elektros įrenginių leista naudoti galia viršija 100 kW arba yra aukštosios įtampos įrenginių, šis asmuo turi turėti AK (aukščiausios kvalifikacijos) kategoriją. Kitais atvejais atsakingas už elektros ūkį gali būti VK (vidutinės kvalifikacijos) darbuotojas, turintis ne trumpesnį kaip 1 metų darbo su elektros įrenginiais stažą. Darbdavys ar jo įgaliotas asmuo skiria asmenį, atsakingą už elektros ūkį.

Darbo organizavimas ir saugos priemonės

Darbų vadovas organizuoja elektros įrenginių eksploatavimo darbus. Jis turi teisę duoti nurodymus ir pavedimus darbams elektros įrenginiuose, turėti asmeninius elektros įrenginių raktus ir asmeniškai atlikti elektros įrenginių apžiūras. Darbų vadovas atsako už organizacinių ir techninių priemonių tinkamumą bei pakankamumą saugiam darbui atlikti. Žemosios įtampos elektros įrenginiuose darbų vadovo funkcijas gali atlikti ne žemesnės kaip VK elektrotechnikos darbuotojas.

Darbų vykdytojais skiriami elektrotechnikos darbuotojai, gerai išmanantys eksploatuojamų elektros įrenginių įrengimo, eksploatavimo, darbuotojų saugos ir sveikatos taisykles bei instrukcijas, eksploatuojamų įrenginių schemas, konstrukcijas ir kitus ypatumus. Darbų vykdytojui darbų vadovo nurodymai yra privalomi, jei jie neprieštarauja Taisyklių ir kitų darbuotojų saugos ir sveikatos norminių aktų reikalavimams. Pastebėjęs pažeidimus, jis privalo nutraukti darbus.

Brigados nariais skiriami atitinkamą teorinį parengimą ir praktinių įgūdžių turintys elektrotechnikos darbuotojai. Stažuotojas - tai asmuo, gilinantis profesines žinias, kol bus atestuotas ir jam bus leista savarankiškai dirbti su elektros įrenginiais.

Nurodymai ir pavedimai

Nurodymas - tai rašytinė darbų vadovo užduotis saugioms darbo sąlygoms užtikrinti, vykdant nurodytos apimties darbus. Jame nustatoma darbo vieta, darbo pradžios ir pabaigos laikas, saugaus atlikimo sąlygos, brigados sudėtis ir už darbuotojų saugą ir sveikatą atsakingi asmenys. Išduoti nurodymą leidžiama ne ilgesniam kaip 30 kalendorinių parų laikui. Pagal nurodymą turi dirbti ne mažiau kaip du darbuotojai.

Pavedimas - tai trumpalaikė užduotis, kuri gali būti duodama žodžiu arba raštu. Pagal pavedimą darbus turi vykdyti ne mažiau kaip du elektrotechnikos darbuotojai, vienas iš jų darbų vykdytojas turi būti ne žemesnės kaip VK kategorijos.

Nurodymai ir pavedimai registruojami įforminimo žurnale. Operatyvinių darbuotojų valdomuose elektros įrenginiuose darbų, atliekamų išjungus įtampą ir vykdomų pagal nurodymus, pavedimus ir techninės priežiūros tvarką, pradžią ir pabaigą registruoja operatyviniai darbuotojai operatyviniuose žurnaluose.

Techninės priemonės, skirtos darbuotojų saugai užtikrinti

Vykdant darbus veikiančiuose elektros įrenginiuose, būtinos techninės priemonės, susijusios su įrenginių atjungimu ir įžeminimu, nustatomos duodant nurodymą arba pavedimą. Vykdant darbus techninės priežiūros tvarka, techninės priemonės nustatomos darbuotojų saugos ir sveikatos instrukcijose.

Pagrindinės saugos priemonės apima:

• Atjungiamas įtampa iš visų gretimų elektros įrenginių arba jų dalių, jei tai įmanoma.
• Darbo vietos ribose paliekamos neuždengtos tik tos įtampą turinčios dalys, kuriose bus dirbama.
• Įžeminimo priemonių taikymas. Kilnojamuoju įžemikliu įžeminama jo antgalį prijungus prie įžeminimo įrenginio, kitą jo galą (galus) specialiomis izoliacinėmis lazdomis tuoj pat, patikrinus įtampos nebuvimą, prijungus prie įžeminamo įrenginio srovinių dalių.
• Draudžiama dirbti elektros linijoje, turinčioje įtampą, nepalankiomis meteorologinėmis sąlygomis (esant rūkui, lyjant, sningant, esant nepakankamam apšvietimui, pučiant stipriam vėjui).
• Draudžiantis įjungti įtampą ženklas „Nejungti! Darbas!" turi būti iškabintas atjungimo vietose.
• Darbo vietos ribų ir kitų pavojingų zonų paženklinimas apsaugos nuo elektros įspėjamaisiais ženklais „STOK! Įtampa!“ arba „STOK! Pavojinga!“.

tags: #suntavimas #elektros #pavaros