Motori DC
Fonte: Ali Bazzi, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Università del Connecticut, Storrs, CT.
La macchina CC funziona con correnti e tensioni CC rispetto a una macchina CA, che richiede correnti e tensioni CA. Le macchine DC sono state le prime ad essere inventate e utilizzano due campi magnetici controllati da correnti CC. La stessa macchina può essere facilmente riconfigurata per essere un motore o un generatore se è disponibile un'eccitazione di campo appropriata, poiché la macchina DC ha due campi chiamati campo e armatura. Il campo è solitamente sul lato dello statore e l'armatura è sul lato del rotore (opposto o dentro-fuori rispetto alle macchine CA). L'eccitazione del campo può essere fornita da magneti permanenti o da un avvolgimento (bobina). Quando la corrente viene applicata all'armatura o alla bobina del rotore, passa dalla sorgente DC alla bobina attraverso spazzole fisse e collettori rotanti montati sul rotore rotante toccando le spazzole. Quando la bobina dell'armatura del rotore è un anello che trasporta corrente ed è esposta a un campo esterno dallo statore o dal campo magnetico, viene esercitata una forza sul loop. Poiché il loop è "appeso" su entrambi i lati del motore utilizzando cuscinetti, la forza produce una coppia che ruoterà l'albero del rotore piuttosto che spostarlo in qualsiasi altra direzione.
Questa rotazione fa sì che i campi magnetici si allineino ma allo stesso tempo, gli anelli di scorrimento cambiano lato sulle spazzole, o "pendolarismo", e questo è ciò che è noto come il processo di commutazione. Quando si verifica questa commutazione, il flusso di corrente nella bobina del rotore viene invertito e i campi magnetici si oppongono nuovamente l'un l'altro, causando un'ulteriore coppia nello stesso senso di rotazione. Questo processo continua e l'albero del rotore gira fornendo l'azione del motore. Nel funzionamento del generatore, la rotazione meccanica viene fornita all'albero del rotore e la corrente fuoriesci dal rotore dopo che è stata indotta a causa di una bobina in movimento sotto un campo magnetico.
Le macchine discusse in questo esperimento hanno un avvolgimento di campo piuttosto che magneti permanenti. Un processo di commutazione che è fondamentale nel funzionamento della macchina DC utilizza collettori rotanti e spazzole per trasferire energia dal rotore (armatura) al mondo esterno poiché il rotore sta girando e con fili rotanti li torcerebbe e li romperebbe. Tuttavia, queste spazzole e collettori rotanti presentano importanti inconvenienti di affidabilità in quanto richiedono una manutenzione regolare, la sostituzione della spazzola, la pulizia e possono causare scintille. Ciò ha portato alla sostituzione della maggior parte delle macchine CC con macchine CA che non hanno questi problemi, e le restanti macchine CC hanno per lo più eccitazione del campo a magneti permanenti, come nei giocattoli e nei semplici utensili a bassa potenza. Le macchine CA denominate macchine CC brushless (o BLDC) sono macchine CA che utilizzano una sorgente CC e un inverter elettronico di potenza per ottenere tensioni CA dall'inverter.
L'obiettivo di questo esperimento è quello di testare due principali configurazioni di macchine DC: shunt e serie. Le prove hanno lo scopo di stimare il flusso residuo nella macchina e di studiare le caratteristiche di carico e di carico delle diverse configurazioni.
1. Test DC
- Con l'alimentatore CC a bassa potenza limitato a 0,8 A, collegare i terminali di alimentazione all'armatura della macchina CC.
- Registrare le letture della tensione CC e della corrente di alimentazione.
- Stimare la resistenza di ogni avvolgimento.
- Ripetere per gli altri avvolgimenti, campo di shunt e campo di serie, uno alla volta.
- Spegnere e scollegare l'alimentatore CC a bassa potenza.
- Impostare il reostato di campo incorporato sulla massima resistenz
Gli avvolgimenti di serie in genere trasportano una corrente elevata nominale alla corrente nominale dell'armatura della macchina, poiché sia gli avvolgimenti di serie che quelli di armatura sono in serie. Pertanto, gli avvolgimenti di serie dovrebbero essere dell'ordine di un mΩ a pochi Ω. Gli avvolgimenti di shunt, d'altra parte, dovrebbero attingere corrente minima dalla fonte che li alimenta insieme all'armatura della macchina e, quindi, avere grandi valori di resistenza da decine ...
Le macchine CC sono significativamente meno comuni di quanto non fossero prima dell'invenzione dell'induzione AC e delle macchine sincrone. Rimangono comuni in semplici applicazioni a bassa potenza come giocattoli, piccoli robot e apparecchiature legacy. Le macchine CC a magneti permanenti, che utilizzano abbondanti magneti non in terre rare, sono più comuni delle loro parti di shunt e di serie a causa dell'eccitazione più semplice, specialmente nelle applicazioni a basso costo e bassa complessità.
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