Od dźwigów po windy, silniki prądu stałego (DC) są wszędzie wokół Ciebie. Jak wszystkie silniki,Silniki prądu stałegoprzekształca energię elektryczną w inną formę energii, zazwyczaj ruch mechaniczny, taki jak podnoszenie szybu windy. Możesz opisać, ile energii wytwarzają, obliczając moment obrotowy tych silników prądu stałego, miarę siły obrotowej.
Równanie momentu obrotowego
Silnik momentowy prądu stałego działa poprzez przepuszczanie prądu elektrycznego przez cewkę w polu magnetycznym. Cewka jest ukształtowana w kształcie prostokąta pomiędzy dwoma magnesami, a reszta cewki wystaje na zewnątrz i od magnesów. Moment obrotowy to siła magnetyczna, która powoduje obrót cewki i wytwarzanie energii.
Równanie momentu obrotowego konstrukcji silników prądu stałego to
moment obrotowy = IBA\sin{\theta}
za każdy obrót silnika prądem elektrycznymjaw amperach, pole magnetycznebw teslach, obszar wyznaczony przez cewkęZAw mln2 i kąt prostopadły do zwoju drutu "theta"θ. Aby użyć obliczonego momentu obrotowego projektów silników prądu stałego, upewnij się, że rozumiesz, jak działa podstawowa fizyka.
Prąd elektryczny opisuje przepływ ładunku elektrycznego i kierujesz go w kierunku przeciwnym do przepływu elektronów w amperach (lub ładunek/czas). Pole magnetyczne opisuje skłonność obiektu magnetycznego do wpływania na siłę na poruszający się ładunek cząstka używająca jednostek tesli, tak jak pole elektryczne opisuje siłę, która wpłynęłaby na elektryczność opłata. Siła magnetyczna opisuje tę podstawową siłę, która pozwala magnesom wywierać właściwości takie jak moment obrotowy.
Konstrukcja silnika prądu stałego
W przypadku silnika prądu stałego siła magnetyczna powoduje ruch cewki drutu, ale ponieważ cewka by w przeciwnym razie poruszaj się tam i z powrotem, ponieważ kierunek siły stale się odwraca, silniki prądu stałego użyćkomutator, materiał z dzielonych pierścieni, aby odwrócić prąd i utrzymać obrót cewki w jednym kierunku.
Komutator wykorzystuje „szczotki”, które pozostają w kontakcie z prądem elektrycznym, aby odwrócić kierunek. Większość współczesnych silników wytwarza te części z węgla i wykorzystuje mechanizmy sprężynowe do ciągłego odwracania kierunku.
Możesz również użyć reguły prawej ręki, aby obliczyć kierunek momentu obrotowego.reguła prawej rękito sposób na określenie kierunku działania siły magnetycznej za pomocą prawej ręki. Jeśli wyciągniesz kciuk, palec wskazujący i środkowy palec na zewnątrz prawej dłoni, kciuk będzie odpowiadał kierunek prądu, palec wskazujący pokazuje kierunek pola magnetycznego, a środkowy palec będzie siłą magnetyczną; kierunek.
Wyprowadzenie równania momentu obrotowego
Możesz wyprowadzić równanie momentu obrotowego z równania Lorentza,
F=qE+qv\razy B
dla siły elektromagnetycznejfa, pole elektrycznemi, ładunek elektrycznyq, prędkość naładowanej cząstkivi pole magnetyczneb. W równaniuxodnosi się do produktu krzyżowego, który zostanie wyjaśniony później.
Potraktuj prąd jako linię poruszających się, naładowanych cząstek, które wytwarzają siłę z pola magnetycznego. To pozwala ci przepisaćqv(który ma jednostki odległości ładowania/czasu) jako iloczyn prądu ładowania i długości drutu (co również byłoby metr/czas).
Ponieważ masz do czynienia tylko z siłą magnetyczną, możesz zignorowaćqEkomponent elektryczny i przepisz równanie jako
F=IL\razy B
falub prąd I i długość przewoduL. Z definicji aprodukt krzyżowy, możesz przepisać równanie jako
F=I|L||B|\sin{\theta}
z liniami otaczającymi każdą zmienną oznaczającą wartość bezwzględną. W przypadku silnika prądu stałego można go przepisać jakomoment obrotowy = IBAgrzechθ.
Aby wykonać online obliczenie momentu obrotowego silnika, możesz użyć kalkulatora online do określonych celów. jCalc.net oferuje jeden który podaje moment obrotowy silnika dla mocy wejściowej silnika w kW i prędkości silnika w obr./min.
