Von Hebekranen bis hin zu Aufzügen sind Gleichstrommotoren (DC) überall um Sie herum. Wie alle MotorenGleichstrommotorenelektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln, typischerweise eine mechanische Bewegung wie das Anheben eines Aufzugsschachts. Sie können beschreiben, wie viel Energie sie produzieren, indem Sie das Drehmoment dieser Gleichstrommotoren berechnen, ein Maß für die Rotationskraft.
Drehmomentgleichung
Ein Gleichstrom-Torquemotor arbeitet, indem er einen elektrischen Strom durch eine Spule in einem Magnetfeld leitet. Die Spule hat eine rechteckige Kontur zwischen den beiden Magneten, wobei sich der Rest der Spule nach außen und von den Magneten weg erstreckt. Das Drehmoment ist die magnetische Kraft, die dazu führt, dass sich die Spule dreht und Energie erzeugt.
Die Drehmomentgleichung von DC-Motorkonstruktionen ist
Drehmoment = IBA\sin{\theta}
für jede Umdrehung des Motors mit dem elektrischen Stromichin Ampere, MagnetfeldBin Tesla, von der Spule umrissener Bereich
Elektrischer Strom beschreibt den Fluss der elektrischen Ladung, und Sie lenken ihn in die entgegengesetzte Richtung des Elektronenflusses in Ampere (oder Ladung / Zeit). Das Magnetfeld beschreibt die Neigung eines magnetischen Objekts, eine Kraft auf eine sich bewegende Ladung zu beeinflussen Teilchen in Tesla-Einheiten verwendet, so wie das elektrische Feld die Kraft beschreibt, die auf eine elektrische aufladen. Magnetkraft beschreibt diese Grundkraft, die Magneten ermöglicht, Eigenschaften wie Drehmoment auszuüben.
DC-Motor-Design
Bei einem Gleichstrommotor bewirkt die Magnetkraft, dass sich die Drahtspule bewegt, aber weil die Spule sonst hin und her bewegen, weil sich die Kraftrichtung ständig umkehrt, DC-Motoren verwenden einKommutator, ein Split-Ring-Material, um den Strom umzukehren und die Spule in eine Richtung zu drehen.
Der Kommutator verwendet "Bürsten", die mit dem elektrischen Strom in Kontakt bleiben, um die Richtung umzukehren. Die meisten heutigen Motoren machen diese Teile aus Kohlenstoff und verwenden federbelastete Mechanismen, um die Richtung kontinuierlich umzukehren.
Sie können auch die Rechts-Hand-Regel verwenden, um die Richtung des Drehmoments zu berechnen. DasRechte-Hand-Regelist eine Möglichkeit, mit der rechten Hand die Richtung einer magnetischen Kraft anzugeben. Wenn Sie Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger der rechten Hand nach außen strecken, entspricht der Daumen dem Stromrichtung, der Zeigefinger zeigt Ihnen die Richtung des Magnetfelds und der Mittelfinger wird die magnetische Kraft haben Richtung.
Herleitung der Drehmomentgleichung
Sie können die Gleichung für das Drehmoment aus der Lorentz-Gleichung ableiten,
F=qE+qv\times B
für elektromagnetische KraftF, elektrisches FeldE, elektrische Ladungq, Geschwindigkeit des geladenen Teilchensvund MagnetfeldB. In der Gleichung ist diexbezieht sich auf ein Kreuzprodukt, das später erläutert wird.
Behandeln Sie den Strom als Linie sich bewegender geladener Teilchen, die eine Kraft aus einem Magnetfeld erzeugen. Das lässt dich umschreibenqv(das hat Einheiten von Ladeentfernung/Zeit) als das Produkt aus Ladestrom und der Länge des Kabels (was auch Lademeter/Zeit wäre).
Da Sie es nur mit einer magnetischen Kraft zu tun haben, können Sie die ignore ignorierenqEelektrische Komponente und schreiben Sie die Gleichung um als
F=IL\times B
foder Strom I und DrahtlängeL. Nach der Definition von aKreuzprodukt, können Sie die Gleichung umschreiben als
F=I|L||B|\sin{\theta}
wobei die Linien um jede Variable den absoluten Wert bezeichnen. Für einen Gleichstrommotor können Sie es umschreiben alsDrehmoment = IBASündeθ.
Um eine Motordrehmomentberechnung online durchzuführen, können Sie einen Online-Rechner für Ihre spezifischen Zwecke verwenden. jCalc.net bietet eine die das Motordrehmoment für die Eingangsmotornennleistung in kW und die Motordrehzahl in U/min ausgibt.