Från lyftkranar till hissar, likströmsmotorer finns runt omkring dig. Som alla motorer,DC-motoreromvandla elektrisk energi till en annan form av energi, vanligtvis mekanisk rörelse såsom lyft av en hissaxel. Du kan beskriva hur mycket energi de producerar genom att beräkna vridmomentet för dessa likströmsmotorer, ett mått på rotationskraft.
Vridmomentsekvation
En DC-vridmomentmotor fungerar genom att leda en elektrisk ström genom en spole i ett magnetfält. Spolen är formad i en rektangelkontur mellan de två magneterna med resten av spolen som sträcker sig ut och bort från magneterna. Momentet är den magnetiska kraften som får spolen att snurra och skapa energi.
Momentekvationen för likströmsmotorkonstruktioner är
vridmoment = IBA \ sin {\ theta}
för varje motorvarv med elektrisk strömJagi förstärkare, magnetfältBi teslas, område skisserat av spolenAi m2 och vinkel vinkelrätt mot spoltråden "theta"θ. För att använda det beräknade vridmomentet för likströmsmotordesigner, se till att du förstår hur den underliggande fysiken fungerar.
Elektrisk ström beskriver flödet av elektrisk laddning, och du riktar den i motsatt riktning av elektronflödet i enheter av ampere (eller laddning / tid). Magnetfältet beskriver benägenheten för ett magnetiskt föremål att påverka en kraft på en laddad rörelse partiklar med hjälp av enheter av teslas precis som hur elektriskt fält beskriver den kraft som skulle påverka en elektrisk avgift. Magnetkraft beskriver denna grundläggande kraft som låter magneter utöva egenskaper som vridmoment.
DC Motor Design
För en likströmsmotor orsakar magnetkraften att trådspolen rör sig, men eftersom spolen skulle göra det annars rör dig fram och tillbaka eftersom kraftriktningen kontinuerligt vänder på den, likströmsmotorer använda enkommutator, ett delat ringmaterial, för att vända strömmen och hålla spolen roterande i en riktning.
Kommutatorn använder "borstar" som förblir i kontakt med den elektriska strömmen för att vända riktningen. De flesta nuvarande motorer tillverkar dessa delar av kol och använder fjäderbelastade mekanismer för att kontinuerligt vända riktningen.
Du kan också använda högerregeln för att beräkna vridmomentets riktning. Dehögerregelär ett sätt att berätta riktningen för en magnetisk kraft med din högra hand. Om du sträcker ut tummen, pekfingret och långfingret utåt på höger hand motsvarar tummen den strömriktning visar pekfingret riktningen för magnetfältet och långfingret kommer att vara magnetisk kraft riktning.
Hämtning av vridmomentsekvationen
Du kan härleda ekvationen för vridmoment från Lorentz-ekvationen,
F = qE + qv \ gånger B.
för elektromagnetisk kraftF, elektriskt fältE, elektrisk laddningq, hastighet för den laddade partikelnvoch magnetfältB. I ekvationen ärxhänvisar till en tvärprodukt som kommer att förklaras senare.
Behandla strömmen som en linje av rörliga, laddade partiklar som skapar en kraft från ett magnetfält. Det låter dig skriva omqv(som har laddningsavstånd / tidsenheter) som laddningsströmprodukt och kabelns längd (vilket också skulle vara laddningsmätare / tid).
Eftersom du bara har att göra med en magnetisk kraft kan du ignoreraqEelektrisk komponent och skriv om ekvationen som
F = IL \ gånger B
feller ström I och kabelns längdL. Enligt definitionen av entvärprodukt, kan du skriva om ekvationen som
F = I | L || B | \ sin {\ theta}
med linjerna som omger varje variabel som anger det absoluta värdet. För en likströmsmotor kan du skriva om den somvridmoment = IBAsyndθ.
För att utföra en motorvridningsmoment online kan du använda en online-räknare för dina specifika ändamål. jCalc.net erbjuder en som matar ut motorns vridmoment för inmatad motoreffekt i kW och motorvarvtal i RPM.