Fırçalı doğru akım motoru

Fırçalı elektrik motoru, bir doğru akım (DC) güç kaynağından çalıştırılmak üzere tasarlanmış, dahili değiştireçli bir elektrik motorudur. DC dağıtım sistemleri, ticari ve endüstriyel binalarda motorları çalıştırmak için 100 yıldan fazla bir süredir kullanmaktadır. Fırçalı motorlar, elektrik gücünün mekanik enerjiyi sürmek için ticari açıdan önemli ilk uygulamasıdır. Fırçalı DC motorların hızı, çalışma voltajını ve ya manyetik alanın gücünü değiştirerek değiştirilebilir. Fırçalı motorlar, elektrikli tahrik, vinçler, kağıt makineleri ve çelik haddehaneleri için kullanılmaya devam ediyor. Fırçalar yıprandığından ve değiştirilmesi gerektiğinden, güç elektroniği cihazları kullanan fırçasız motorlar, birçok uygulamada fırçalı motorların yerini almıştır.

Harici bir manyetik alan içinde yer alan yumuşak bir demir çekirdeğin etrafına sarılmış bobinden bir akım geçtiğinde, pozitif kutbun tarafına yukarı doğru bir kuvvet uygulanırken, diğer taraf aşağı doğru bir kuvvet tarafından etki edilir. Fleming'in sol el kuralına göre, kuvvetler bobin üzerinde dönme etkisi yaratarak dönmesine neden olur. Motorun sabit bir yönde dönmesini sağlamak için, "Doğru akım" komütatörleri, her yarım döngüde (iki kutuplu bir motorda) akımı ters yönde çevirir, böylece motorun aynı yönde dönmeye devam etmesine neden olur.

Yukarıda gösterilen motorla ilgili bir sorun, bobinin düzlemi manyetik alana paralel olduğunda - yani. rotor kutupları stator kutuplarından 90 derece olduğunda - tork sıfır olur. Yukarıdaki resimlerde, bu, bobinin çekirdeği yatay olduğunda meydana gelir - sağdaki ikinci ila son resimde ulaşmak üzere olduğu konum. Motor bu konumda başlayamaz. Ancak, bir kez başladıktan sonra, bu pozisyonda momentumla dönmeye devam edecekti.

İkinci bir sorun basit kutup tasarımı ile ilgili vardır. Sıfır tork konumunda, her iki komütatör fırçası her iki komütatör plakasına da temas eder (köprü oluşturur) ve bu da kısa devreye neden olur. Elektik kabloları, komütatör levhaları aracılığıyla birbirine kısa devre yapar. Bobin ayrıca her iki fırça aracılığıyla da kısa devre edilir (bobin, her bir fırçadan bağımsız olarak bir kez olmak üzere iki kez kısa devre yapar. Bu sorunun, yukarıdaki başlatılamayan sorundan bağımsız olduğunu unutmayın; Bobinde bu konumda yüksek bir akım olsa bile, yine de sıfır tork olacaktır. Buradaki sorun, bu kısa devre herhangi bir hareket (hatta herhangi bir bobin akımı) üretmeden gereksiz bir şekilde güç tüketmesidir. Düşük akımlı pille çalışan bir gösteride, bu kısa devre genellikle zararlı olarak kabul edilmez. Bununla birlikte, iki kutuplu bir motor birkaç yüz watt güç çıkışı ile fiili iş yapmak üzere tasarlandıysa, bu kısa devre, komütatörün ciddi şekilde aşırı ısınmasına, fırça hasarına ve fırçaların - metalik iseler - komütatöre kaynaklanmasına neden olabilir.Sık kullanılan karbon fırçalar kaynak yapmaz. Her durumda, bunun gibi bir kısa devre çok israftır, pilleri hızlı bir şekilde boşaltır ve en azından, kısa devre olmadan motoru çalıştırmak için gerekenden çok daha yüksek standartlarda güç kaynağı bileşenlerinin tasarlanmasını gerektirir.

Bu, ideal sinüzoidal bobin akımına daha yakın bir kademeli yaklaşımla sonuçlanır ve sonuçta her bir bobindeki akımın bir kare dalgaya daha yakın olduğu iki kutuplu motordan daha eşit bir tork üretir.Akım değişiklikleri, karşılaştırılabilir iki kutuplu bir motorun yarısı kadar olduğundan, fırçalardaki arklar sonuç olarak daha azdır.

Yüksüz bir DC motor dönerken, motora uygulanan akıma direnç gösteren geriye doğru akan bir elektromotor kuvveti üretir.Dönme hızı arttıkça motordan geçen akım düşer ve serbest dönen bir motor çok az akıma sahiptir.Sadece motora bir yük uygulandığında rotoru yavaşlatır, motordan çekilen akım artar.