Van hijskranen tot liften, gelijkstroommotoren (DC) zijn overal om je heen. Zoals alle motoren,DC-motorenelektrische energie omzetten in een andere vorm van energie, typisch mechanische beweging zoals het optillen van een liftschacht. Je kunt beschrijven hoeveel energie ze produceren door het koppel van deze gelijkstroommotoren te berekenen, een maat voor de rotatiekracht.
Koppelvergelijking:
Een DC-koppelmotor werkt door een elektrische stroom door een spoel in een magnetisch veld te leiden. De spoel heeft de vorm van een rechthoekige omtrek tussen de twee magneten, waarbij de rest van de spoel zich naar buiten en weg van de magneten uitstrekt. Het koppel is de magnetische kracht die ervoor zorgt dat de spoel draait en energie creëert.
De koppelvergelijking van DC-motorontwerpen is:
koppel = IBA\sin{\theta}
voor elke draai van de motor met de elektrische stroom theikin ampère, magnetisch veldBin teslas, gebied omlijnd door de spoelEENin M2 en hoek loodrecht op de spoeldraad "theta"θ. Om het berekende koppel van DC-motorontwerpen te gebruiken, moet u ervoor zorgen dat u begrijpt hoe de onderliggende fysica werkt.
Elektrische stroom beschrijft de stroom van elektrische lading, en je richt het in de tegenovergestelde richting van de elektronenstroom in eenheden van ampère (of lading/tijd). Het magnetische veld beschrijft de neiging van een magnetisch object om een kracht te beïnvloeden op een bewegende geladen deeltje met behulp van eenheden van teslas, net zoals hoe elektrisch veld de kracht beschrijft die een elektrisch veld zou beïnvloeden in rekening brengen. Magnetische kracht beschrijft deze fundamentele kracht waarmee magneten eigenschappen zoals koppel kunnen uitoefenen.
DC-motorontwerp
Voor een gelijkstroommotor zorgt de magnetische kracht ervoor dat de draadspoel beweegt, maar omdat de spoel zou beweeg anders heen en weer omdat de krachtrichting er voortdurend op achteruit gaat, DC-motoren; gebruik eencommutator, een materiaal met gespleten ring, om de stroom om te keren en de spoel in één richting te laten draaien.
De commutator gebruikt "borstels" die in contact blijven met de elektrische stroom om de richting om te keren. De meeste moderne motoren maken deze onderdelen van koolstof en gebruiken veerbelaste mechanismen om de richting continu om te keren.
U kunt ook de rechterhandregel gebruiken om de richting van het koppel te berekenen. Derechterhand regelis een manier om je de richting van een magnetische kracht te vertellen met je rechterhand. Als u uw duim, wijsvinger en middelvinger op uw rechterhand naar buiten steekt, komt de duim overeen met de richting van de stroom, de wijsvinger toont u de richting van het magnetische veld en de middelvinger zal magnetische kracht zijn; richting.
De koppelvergelijking afleiden
Je kunt de vergelijking voor koppel afleiden uit de Lorentz-vergelijking,
F=qE+qv\times B
voor elektromagnetische kracht:F, elektrisch veldE, elektrische ladingq, snelheid van het geladen deeltjeven magnetisch veldB. In de vergelijking, deXverwijst naar een kruisproduct, dat later zal worden uitgelegd.
Behandel de stroom als een lijn van bewegende, geladen deeltjes die een kracht creëren uit een magnetisch veld. Dat laat je herschrijvenqv(die eenheden van laadafstand/tijd heeft) als het product van laadstroom en de lengte van de draad (die ook laadmeter/tijd zou zijn).
Omdat je alleen met een magnetische kracht te maken hebt, kun je deqEelektrische component en herschrijf de vergelijking als
F=IL\times B
fof stroom I en lengte van de draadL. Volgens de definitie van eenkruisproduct, kun je de vergelijking herschrijven als
F=I|L||B|\sin{\theta}
waarbij de lijnen rondom elke variabele de absolute waarde aangeven. Voor een DC-motor kun je deze herschrijven als:koppel = IBAzondeθ.
Om online een motorkoppelberekening uit te voeren, kunt u voor uw specifieke doeleinden een online calculator gebruiken. jCalc.net biedt er een aan die het motorkoppel uitvoert voor het ingangsvermogen van de motor in kW en het motortoerental in RPM.