DC-moottorin toimintaperiaate

DC-moottori on moottori, joka muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Sen toimintaperiaate perustuu Lorentzin voimaan ja Faradayn sähkömagneettisen induktion lakiin.

Perusrakenne ja magneettikentän generointi
Tasavirtamoottori koostuu pääasiassa kahdesta osasta: staattorista ja roottorista. Staattori on moottorin kiinteä osa, joka koostuu yleensä rautasydämestä ja käämistä. Käämi on käämi, joka on kierretty langalla, ja kun virta kulkee käämin läpi, syntyy magneettikenttä. Roottori on moottorin pyörivä osa, joka koostuu yleensä rautasydämestä ja johtimesta, joka voi olla kestomagneetti tai kelalla kierretty johdin. Esimerkiksi tavallisessa tasavirtamoottorissa staattoriosan päämagneettinen napa voidaan muodostaa johtamalla tasavirta virityskäämin läpi magneettikentän muodostamiseksi, joka on moottorin toiminnan perusmagneettikenttä.

Kun tasavirtamoottori on päällä, virta kulkee staattorikäämin läpi magneettikentän muodostamiseksi. Magneettikentän suuntaa voidaan säätää muuttamalla virran suuntaa. Staattorin tuottama magneettikenttä on paikallaan, ja se on vuorovaikutuksessa roottorin magneettikentän tai johtimen kanssa saadakseen roottorin pyörimään.

Roottorin pyörimisen periaate
Lorentzin voimalain mukaan, jos lanka asetetaan magneettikenttään, johtoon vaikuttaa voima, joka on verrannollinen virran suuruuteen, langan pituuteen ja magneettikentän voimakkuuteen. DC-moottorissa roottorin johdin (tai käämi) on staattorin tuottamassa magneettikentässä. Kun virta kulkee roottorin johtimen läpi, Lorentzin voima vaikuttaa siihen. Tämä voima saa roottorin synnyttämään vääntömomentin, jolloin se alkaa pyöriä. Esimerkiksi yksinkertaisessa kaksinapaisessa tasavirtamoottorimallissa, kun ankkurikäämi kytketään tasavirtalähteeseen kommutaattorin ja harjojen kautta, virta kulkee käämin läpi. Vasemman käden säännön mukaan (ojenna vasen kätesi niin, että peukalo on kohtisuorassa muihin neljään sormeen nähden ja kaikki ovat samassa tasossa kämmenen kanssa; anna magneettivuon viivojen tulla kämmenestä ja anna neljän sormen osoittaa virran suunnassa Tällä hetkellä peukalon osoittama suunta on virtaa kuljettavaan johtimeen magneettikentässä kohdistuvan ampeerivoiman suunta) sähkömagneettisen voiman suunta. roottorin johdin voidaan määrittää. Molempien johtimien voimat muodostavat vääntömomentin, joten roottori pyörii.

On huomattava, että DC-moottorin ulkoinen virtalähde on tasavirtaa, mutta harjojen ja kommutaattorisegmenttien toiminnan vuoksi kelan läpi kulkeva virta on itse asiassa AC. Kun ankkuri pyörii, ankkurikäämi on kytketty ulkoiseen piiriin kommutaattorin segmenttien ja harjojen kautta. Kommutaattorilla on invertterirooli tasavirtamoottorissa, joka muuttaa jatkuvasti virran suuntaa ankkurikäämityksessä ja varmistaa siten, että syntyvän vääntömomentin suunta pysyy muuttumattomana, jolloin roottori voi jatkaa pyörimistä.