Από ανυψωτικούς γερανούς έως ανελκυστήρες, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC) βρίσκονται γύρω σας. Όπως όλοι οι κινητήρες,Κινητήρες DCμετατρέψτε την ηλεκτρική ενέργεια σε μια άλλη μορφή ενέργειας, συνήθως μηχανική κίνηση όπως η ανύψωση ενός άξονα ανελκυστήρα. Μπορείτε να περιγράψετε πόση ενέργεια παράγουν υπολογίζοντας τη ροπή αυτών των κινητήρων DC, ένα μέτρο περιστροφικής δύναμης.
Εξίσωση ροπής
Ένας κινητήρας ροπής DC λειτουργεί περνώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω ενός πηνίου σε ένα μαγνητικό πεδίο. Το πηνίο έχει σχήμα ορθογωνίου μεταξύ των δύο μαγνητών με το υπόλοιπο πηνίο να εκτείνεται έξω και μακριά από τους μαγνήτες. Η ροπή είναι η μαγνητική δύναμη που κάνει το πηνίο να περιστρέφεται και να δημιουργεί ενέργεια.
Η εξίσωση ροπής των σχεδίων κινητήρα DC είναι
ροπή = IBA \ sin {\ theta}
για κάθε στροφή του κινητήρα με το ηλεκτρικό ρεύμαΕγώσε ενισχυτές, μαγνητικό πεδίοσιστο teslas, περιοχή που περιγράφεται από το πηνίοΕΝΑσε μ2 και γωνία κάθετη στο σύρμα πηνίου "theta"θ. Για να χρησιμοποιήσετε την υπολογιστική ροπή των σχεδίων κινητήρα DC, βεβαιωθείτε ότι έχετε κατανοήσει πώς λειτουργεί η υποκείμενη φυσική.
Το ηλεκτρικό ρεύμα περιγράφει τη ροή του ηλεκτρικού φορτίου και το κατευθύνετε προς την αντίθετη κατεύθυνση της ροής ηλεκτρονίων σε μονάδες αμπέρ (ή φορτίο / χρόνο). Το μαγνητικό πεδίο περιγράφει την τάση ενός μαγνητικού αντικειμένου να επηρεάζει μια δύναμη σε μια κινούμενη φόρτιση σωματιδίων που χρησιμοποιούν μονάδες τεστ όπως ακριβώς το ηλεκτρικό πεδίο περιγράφει τη δύναμη που θα επηρεάσει ένα ηλεκτρικό χρέωση. Η μαγνητική δύναμη περιγράφει αυτή τη θεμελιώδη δύναμη που επιτρέπει στους μαγνήτες να ασκούν ιδιότητες όπως ροπή.
Σχεδιασμός κινητήρα DC
Για έναν κινητήρα DC, η μαγνητική δύναμη προκαλεί την κίνηση του πηνίου του σύρματος, αλλά επειδή το πηνίο θα Διαφορετικά μετακινηθείτε εμπρός και πίσω επειδή η κατεύθυνση της δύναμης αντιστρέφεται συνεχώς πάνω της, DC κινητήρες χρησιμοποίησε έναμετατροπέας ηλεκτρικού ρεύματος, ένα υλικό χωρισμένου δακτυλίου, για να αντιστρέψει το ρεύμα και να διατηρήσει το πηνίο περιστρεφόμενο κατά μία κατεύθυνση.
Ο μετατροπέας χρησιμοποιεί "βούρτσες" που παραμένουν σε επαφή με το ηλεκτρικό ρεύμα για να αντιστρέψουν την κατεύθυνση. Οι περισσότεροι σύγχρονοι κινητήρες κατασκευάζουν αυτά τα μέρη άνθρακα και χρησιμοποιούν μηχανισμούς με ελατήριο για να αντιστρέφουν συνεχώς την κατεύθυνση.
Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τον δεξιό κανόνα για να υπολογίσετε την κατεύθυνση της ροπής. οδεξί κανόναείναι ένας τρόπος να σας πούμε την κατεύθυνση μιας μαγνητικής δύναμης χρησιμοποιώντας το δεξί σας χέρι. Εάν επεκτείνετε τον αντίχειρα, το δείκτη και το μεσαίο δάχτυλό σας προς τα έξω στο δεξί σας χέρι, ο αντίχειρας θα αντιστοιχεί στο κατεύθυνση ρεύματος, ο δείκτης δείχνει την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου και το μεσαίο δάχτυλο θα είναι μαγνητική δύναμη κατεύθυνση.
Δημιουργία της εξίσωσης ροπής
Μπορείτε να αντλήσετε την εξίσωση για ροπή από την εξίσωση Lorentz,
F = qE + qv \ φορές B
για ηλεκτρομαγνητική δύναμηφά, ηλεκτρικό πεδίομι, ηλεκτρικό φορτίοε, ταχύτητα του φορτισμένου σωματιδίουβκαι μαγνητικό πεδίοσι. Στην εξίσωση, τοΧαναφέρεται σε ένα διασταυρούμενο προϊόν, το οποίο θα εξηγηθεί αργότερα.
Αντιμετωπίστε το ρεύμα ως γραμμή κινούμενων, φορτισμένων σωματιδίων που δημιουργούν μια δύναμη από ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό σας επιτρέπει να ξαναγράψετεqv(που έχει μονάδες φόρτισης-απόστασης / χρόνου) ως το προϊόν του ρεύματος φόρτισης και του μήκους του καλωδίου (το οποίο θα ήταν επίσης μετρητής φόρτισης / χρόνος).
Επειδή ασχολείστε μόνο με μια μαγνητική δύναμη, μπορείτε να αγνοήσετε τοqEηλεκτρικό εξάρτημα και ξαναγράψτε την εξίσωση ως
F = IL \ φορές B
φάή ρεύμα I και μήκος καλωδίουμεγάλο. Με τον ορισμό του aδιασταυρούμενο προϊόν, μπορείτε να γράψετε ξανά την εξίσωση ως
F = I | L || B | \ sin {\ theta}
με τις γραμμές που περιβάλλουν κάθε μεταβλητή να δηλώνει την απόλυτη τιμή. Για έναν κινητήρα DC, μπορείτε να τον ξαναγράψετε ωςροπή = IBAαμαρτίαθ.
Για να εκτελέσετε έναν υπολογισμό ροπής κινητήρα online, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια ηλεκτρονική αριθμομηχανή για τους συγκεκριμένους σκοπούς σας. Το jCalc.net προσφέρει ένα που εξάγει ροπή κινητήρα για βαθμολογία κινητήρα εισόδου σε kW και ταχύτητα κινητήρα σε RPM.