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Motori elettrici. Motori elettrici in corrente continua. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / motori elettrici
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motore a corrente continua chiamato una macchina elettrica in cui l'avvolgimento di eccitazione si trova sui nuclei dei poli ed è alimentato da corrente continua.
disegno
Il flusso magnetico passa dal polo nord N attraverso l'armatura al polo sud S e da esso attraverso il giogo di nuovo al polo nord. Anche i nuclei dei poli e del giogo sono realizzati in materiali ferromagnetici. La macchina elettrica DC è composta da due parti principali:
- parte fissa (induttore);
- parte rotante (ancora con avvolgimento a tamburo).
Sulla fig. 16.1 mostra uno schema strutturale di una macchina a corrente continua.
Riso. 16.1. Schema strutturale della corrente continua.
L'induttore è costituito da un telaio cilindrico 1 in materiale ferromagnetico e poli con un avvolgimento di eccitazione 2 fissato al telaio. L'avvolgimento di eccitazione crea il flusso magnetico principale.
Il flusso magnetico può essere creato da magneti permanenti montati sul telaio. L'armatura è costituita dai seguenti elementi: nucleo 3, avvolgimento 4, posato nelle scanalature del nucleo, collettore 5.
Per ridurre le perdite della macchina CC ai punti del vortice, il nucleo dell'armatura è assemblato da fogli di acciaio elettrico isolati l'uno dall'altro.
Considera il funzionamento di una macchina DC su un modello (Fig. 16.2), dove 1 sono i poli dell'induttore, 2 sono l'armatura, 3 sono conduttori, 4 sono spazzole di contatto.
Riso. 16.2. Modello di macchina a corrente continua
I conduttori dell'avvolgimento dell'armatura si trovano sulla superficie dell'armatura. I pennelli di contatto sono posizionati sulle linee del neutro geometrico, disegnate al centro tra i poli. L'armatura della macchina ruota nella direzione indicata dalla freccia. La direzione dell'EMF indotta nei conduttori dell'avvolgimento dell'armatura è determinata dalla regola della mano destra.
Sulla fig. 16.2, la croce indica l'EMF diretto da noi, i punti indicano l'EMF diretto verso di noi. I conduttori sono interconnessi in modo da aggiungere l'EMF in essi. Per questo, l'estremità del conduttore situata nella zona di un polo è collegata in serie con l'estremità del conduttore situata nella zona del polo di polarità opposta.
Due conduttori collegati in serie formano una spira o una bobina. L'EMF dei conduttori situati nella zona di un polo è di grandezza diversa. L'EMF maggiore è indotto nel conduttore situato sotto il centro del polo, l'EMF uguale a zero - nel conduttore situato sulla linea geometrica neutra. Se tutti i conduttori dell'avvolgimento sono collegati in serie secondo una certa regola, l'EMF risultante dell'avvolgimento dell'indotto è zero, non c'è corrente nell'avvolgimento. Le spazzole di contatto dividono l'avvolgimento dell'indotto in due rami paralleli. Nel ramo parallelo superiore, viene indotto un EMF di una direzione, nel ramo parallelo inferiore, nella direzione opposta. L'EMF rimosso dalle spazzole di contatto è uguale alla somma delle forze elettromotrici dei conduttori situati tra le spazzole. In rami paralleli agiscono le stesse fem, dirette l'una di fronte all'altra.
Il principio di funzionamento
L'EMF rimosso dalle spazzole di contatto è uguale alla somma delle forze elettromotrici dei conduttori situati tra le spazzole. In rami paralleli agiscono le stesse fem, dirette l'una di fronte all'altra.
Sulla fig. 16.3 mostra il circuito equivalente dell'avvolgimento dell'indotto.
Riso. 16.3. Il circuito equivalente dell'avvolgimento dell'indotto di una macchina a corrente continua
Quando sono collegati all'avvolgimento della resistenza dell'armatura, le stesse correnti si presentano in rami paralleli 
attraverso la resistenza RH flussi di corrente IЯ. L'EMF dell'avvolgimento dell'armatura è proporzionale alla frequenza di rotazione dell'armatura n2 e il flusso magnetico dell'induttore Ф:
(16.1)
dove Ce - costante.
Nelle vere macchine elettriche a corrente continua viene utilizzato uno speciale dispositivo di contatto: un collettore. Il collettore è installato sullo stesso albero con il nucleo dell'indotto ed è costituito da piastre di rame separate isolate l'una dall'altra e dall'albero dell'indotto. Ciascuna delle piastre è collegata a uno o più conduttori dell'avvolgimento dell'indotto. Le spazzole a contatto fisso sono sovrapposte al collettore. Con l'ausilio di spazzole di contatto, l'avvolgimento dell'indotto rotante è collegato alla rete CC o al carico.
Sotto l'azione di una tensione applicata all'armatura del motore, apparirà una corrente nell'avvolgimento dell'armaturaя. Quando la corrente interagisce con il campo magnetico dell'induttore, si verifica una coppia elettromagnetica
(16.2)
dove Cм - coefficiente dipendente dal design del motore.
Sulla fig. 16.4 mostra schematicamente un motore DC, il conduttore dell'avvolgimento dell'indotto è evidenziato.
Riso. 16.4. Schema di un motore a corrente continua con un conduttore di avvolgimento dell'indotto dedicato
La corrente nel conduttore è diretta lontano da noi. La direzione della coppia elettromagnetica è determinata dalla regola della mano sinistra. L'ancora ruota in senso antiorario. Nei conduttori dell'avvolgimento dell'indotto viene indotto un EMF, la cui direzione è determinata dalla regola della mano destra. Questo EMF è diretto contro la corrente di armatura, si chiama contro-EMF. In regime stazionario, la coppia elettromagnetica Mem bilanciato dalla coppia frenante opposta M2 meccanismo rotante:
Riso. 16.5. Circuito equivalente dell'indotto del motore
Sulla fig. 16.5 mostra il circuito equivalente dell'avvolgimento dell'indotto del motore.
Riso. 16.5. Circuito equivalente dell'indotto del motore
EMF è diretto opposto alla corrente di armatura. Secondo la seconda legge di Kirchhoff
donde
(16.3)
L'equazione (16.3) è chiamata equazione di base del motore. Dall'equazione (16.3) si ottengono le formule:
(16.4)
(16.5)
Il flusso magnetico Ф dipende dalla corrente di eccitazione Iвcreato nell'avvolgimento di eccitazione.
Dalla formula (16.5) si può vedere che la velocità del motore DC n2 può essere regolato nei seguenti modi:
- Metodo 1: modificando la corrente di eccitazione utilizzando un reostato nel circuito dell'avvolgimento di eccitazione;
- Metodo 2: modificando la tensione U ai terminali dell'avvolgimento dell'indotto.
- Metodo 3: modificando il flusso magnetico della macchina.
Per cambiare la direzione di rotazione del motore al contrario (invertire il motore), è necessario cambiare la direzione della corrente nell'armatura o nell'avvolgimento dell'induttore.
Autore: Koryakin-Chernyak S.L.
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Le previsioni di Bloomberg NEF affermano che il ritmo delle vendite dei modelli elettrici aumenterà rapidamente ed entro la metà degli anni '2030 i veicoli elettrici supereranno le vendite dei modelli ICE e entro il 2040 occuperanno circa il 57% del mercato di vendita.
Allo stesso tempo, il costo dei veicoli elettrici medi e dei motori a combustione interna si pareggia già nel 2025 a causa della riduzione dei prezzi delle batterie. Tra i fattori che contribuiranno alla forte crescita delle vendite di veicoli elettrici ci sono anche l'inasprimento delle normative ambientali e lo sviluppo diffuso delle infrastrutture di ricarica.
Gli analisti prevedono che entro la fine del 2019 saranno registrati 2,6 milioni di veicoli elettrici, nel 2025 verrà superata per la prima volta la soglia dei 10 milioni di veicoli elettrici all'anno, nel 2030 saranno vendute 28 milioni di unità e nel 2040 - 56 milioni di unità. Naturalmente, più le vendite di veicoli elettrici crescono, più le vendite di auto a benzina e diesel diminuiranno.
I rappresentanti di Bloomberg NEF prevedono che entro il 2040 ci saranno 500 milioni di passeggeri e 40 milioni di veicoli elettrici commerciali sulle strade del mondo. Allo stesso tempo, i modelli ICE continueranno ad occupare la maggior parte della flotta di veicoli globale e il loro numero totale non diminuirà fino al 2030.
Un contributo significativo alla crescita del numero di vendite di veicoli elettrici dovrebbe essere dato da una varietà di servizi mobili (car sharing, taxi, noleggio, ecc.). Entro il 2040, gli utenti percorreranno fino al 19% della distanza totale su tali veicoli e in quel momento 4 veicoli su 5 nella flotta di tali servizi saranno elettrici.
Ci sono già circa 400 autobus elettrici nel mondo come parte dei sistemi di trasporto pubblico, che rappresentano circa il 20% dell'intera flotta di veicoli commerciali per passeggeri. Allo stesso tempo, la crescita in questo segmento andrà ancora più veloce che nel caso dei veicoli elettrici per passeggeri: entro il 2030 ci saranno più autobus elettrici rispetto a quelli classici ed entro il 2040 la loro quota aumenterà al 70%.
Nonostante la crescita delle vendite di auto e autobus elettrici, la quantità di emissioni nocive dei veicoli aumenterà fino al 2030, dopodiché seguirà una graduale diminuzione ed entro il 2040 questo livello scenderà al livello del 2018.
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