I motori CC funzionano effettivamente con corrente alternata interna?

1. Risposta breve: CC all'esterno, CA all'interno

Dal lato offerta, Un motore CC spazzolato è una macchina CC. Si alimenta in corrente continua; i terminali vedono la corrente continua; la corrente media di armatura è in corrente continua.

Dal all'interno di una bobina di un'armatura singola, La vita sembra diversa:

• Quando la bobina ruota attraverso il campo, il campo elettromagnetico indotto nella bobina è sinusoidale (o quasi).
• Lato sinistro della bobina sotto il polo N → EMF a una polarità.
• Mezzo giro dopo, sotto il polo S → EMF di polarità opposta.

Questo è un campo elettromagnetico alternato, esattamente come in un alternatore. I testi sui generatori a corrente continua lo dicono molto chiaramente: l'indotto sviluppa una tensione alternata che la commutatore e le spazzole si convertono in corrente continua ai terminali.

Ora capovolgiamo il flusso di potenza: in modalità motore, Se si insiste nel seguire la corrente dal bus DC ai conduttori rotanti, si può ugualmente dire:

Il commutatore converte la corrente continua esterna in corrente alternata interna negli avvolgimenti dell'armatura.

Quindi sì: sotto il commutatore, l'armatura “vede” una situazione simile alla corrente alternata.

Ma c'è una fregatura, importante per il modo in cui si parla del motore nelle specifiche.

2. Cosa significa “CA all'interno di un motore CC”.

Conoscete già la regola della mano sinistra di Fleming, quindi salteremo il diagramma da manuale e passeremo direttamente alla sensazione del rame.

2.1 Il punto di vista di un singolo conduttore

Prendete un conduttore fisico dell'armatura:

1. Per una parte del giro è collegato alla spazzola “+” tramite un set di segmenti commutatori.
2. Mezzo giro dopo, è ora sotto il polo opposto e collegato a quello che prima era “-” dal suo punto di vista, perché il commutatore ha scambiato il segmento che incontra la spazzola.

Da un riferimento fisso dello statore, La corrente che attraversa quello specifico pezzo di rame inverte la direzione ogni mezza rivoluzione elettrica.

Quindi dire che “la corrente di armatura è alternata” non è del tutto sbagliato. La corrente cambia direzione in ogni bobina mentre il rotore gira. Diversi appunti di teoria delle macchine descrivono le macchine a corrente continua come aventi Tensioni e correnti alternate interne, raddrizzata in corrente continua ai terminali mediante commutazione.

2.2 Il punto di vista di una bobina: il commutatore come raddrizzatore meccanico e inverter

Ora seguite un bobina piuttosto che un conduttore:

• Quando l'EMF in quella bobina cambia segno, il commutatore ha già scambiato i suoi collegamenti con le spazzole.
• Quindi la bobina “cede” le sue estremità alla coppia di spazzole opposta proprio quando attraversa il piano neutro.

A seconda del lato scelto come riferimento:

• Storia del generatore: AC interno → raddrizzatore meccanico → DC esterno.(Ariat Tech)
• Storia del motore: DC esterno → inverter meccanico → correnti interne in corrente alternata.

Entrambe le storie descrivono la stesso rame e le stesse barre commutatrici. State solo guardando da estremità opposte del flusso di energia.

2.3 Torque non si preoccupa della vostra denominazione

La coppia si preoccupa solo di direzione della corrente rispetto al campo, Non si tratta della vostra convenzione sui cartelli dei conduttori.

Il commutatore è temporizzato in modo tale che, sebbene la corrente nei singoli conduttori si inverta quando questi passano la zona neutra, la loro la direzione della forza rimane coerente nello spazio. Ecco perché i riferimenti standard descrivono il commutatore come in grado di mantenere la coppia di armatura unidirezionale.

Quindi:

• Elettromagneticamente: le bobine dell'indotto funzionano ad una certa frequenza elettrica e vedere tensioni indotte alternate.
• Meccanicamente: la coppia dell'albero rimane in una direzione e ha un aspetto simile a quello della corrente continua.
• Ai terminali: si misura la corrente continua con l'ondulazione.

Questo è l'intero argomento “AC interno” in tre righe.

3. Quindi... un motore CC è segretamente una macchina CA?

Dipende dal regolamento che si usa.

Regolamento 1 - Classificato da alimentazione dei terminali

Una semplice regola del settore:

• Motore CC: funziona con alimentazione CC, senza campo statorico a frequenza di rete.
• Motore a corrente alternata: funziona con un'alimentazione a corrente alternata (a induzione, sincrono, universale, ecc.).

In base a questa regola, i motori a spazzole in c.c. sono macchine in c.c., punto e basta, qualsiasi cosa accada tra le barre.

Regolamento 2 - Classificato da corrente negli elettromagneti

Alcuni autori classificano i motori in base alla natura della corrente negli avvolgimenti attivi:

• Se la corrente negli elettromagneti si alterna intorno allo zero, si parla di comportamento in corrente alternata.
• Se oscilla tra zero e una direzione (anche se è pulsata), si parla di comportamento in corrente continua.

Utilizzando questa angolazione:

• A motore a corrente continua a spazzoleI singoli conduttori subiscono un'inversione di corrente; i campi e la coppia rimangono “unidirezionali”. Disordinato da etichettare.
• A Motore BLDCIl motore è alimentato da un bus in corrente continua, ma gli avvolgimenti dello statore presentano un chiaro schema di fase in corrente alternata. Molti lo chiamano ancora motore CC a causa del bus CC.

Quindi:

Dal punto di vista della rete, il motore a spazzole è in corrente continua. Dal punto di vista del conduttore, vive in un mondo a corrente alternata.

Ecco perché nei blog tecnici si parla sia di “commutatore che converte la corrente alternata interna in corrente continua ai terminali” sia di “commutatore che converte la corrente continua esterna in corrente alternata interna”.

Per le etichette dei cataloghi e le specifiche d'acquisto, il libro delle regole 1 vince. Per la progettazione elettromagnetica, i calcoli termici e la progettazione del commutatore, la regola 2 si impone tranquillamente.

4. Frequenza elettrica interna: non solo banalità

Se c'è una “corrente alternata interna”, deve esserci una frequenza interna. C'è.

Rapporto standard (lo stesso degli alternatori):

f=P⋅N/120

• (f) = frequenza dell'EMF di armatura (Hz)
• (P) = numero di poli
• (N) = velocità in giri/minuto

I progettisti delle macchine scelgono il numero di poli in modo che la frequenza di indotto sia tipicamente compresa tra 25 e 50 Hz per controllare le perdite del nucleo.

È la CA che si nasconde in una macchina “CC”.

Scheda informativa rapida sulla frequenza interna

Questi numeri non servono solo per preparare gli esami. Guidano le decisioni su:

• materiale e spessore della laminazione,
• materiale della barra e sezione trasversale,
• grado di spazzola e prestazioni di commutazione,
• Profilo e filtraggio del rumore EMI.

Se si specificano i commutatori, vale la pena di sapere approssimativamente in quale riga si vive.

5. Perché la CA interna è importante per l'approvvigionamento di commutatori e spazzole

Se la vostra attività riguarda commutatori, motori a corrente continua o entrambi, la storia della “corrente alternata interna” diventa meno filosofica e più contrattuale.

5.1 La densità di corrente non è puramente CC

Poiché ogni segmento commuta corrente alla frequenza (f):

• C'è un componente AC locale all'interfaccia di contatto tra spazzola e barra commutatrice.
• La resistenza del contatto e il comportamento del film rispondono a questa velocità di commutazione, non solo al carico medio in corrente continua.

Questo influisce:

• ammissibile corrente per bar,
• grado della spazzola (grafite o miscele metallo-grafite),
• rischio di scanalature, filettature e usura elevata delle spazzole.

5.2 Il riscaldamento del nucleo e della barra dipendono dalla frequenza

Denti dell'armatura e nucleo vedi:

• isteresi e perdite parassite in scala approssimativa con la frequenza e (B) il livello,
• un ulteriore riscaldamento localizzato in prossimità del commutatore a causa della distribuzione della corrente variabile nel tempo.

Quindi per l'acquisto:

• un motore a “stessa corrente, velocità inferiore” può funzionare refrigeratore di una versione “stessa corrente, maggiore velocità”, anche se la perdita di rame è identica,
• Il materiale e le dimensioni della barra commutatrice che funzionano a 25 Hz di frequenza interna possono essere marginali a 100 Hz con azionamenti PWM aggressivi.

5.3 Gli azionamenti PWM sovrappongono un'altra frequenza

La maggior parte dei moderni convertitori di frequenza utilizza la tecnologia PWM:

• L'armatura vede ora il frequenza interna di rotazione più un componente di commutazione dall'unità.
• Ciò complica la commutazione, il comportamento dell'arco elettrico e le EMI.

Se il fornitore considera il motore come “pura corrente continua” quando sceglie l'isolamento delle barre e il tipo di spazzole, si possono avere delle sorprese: vibrazioni a determinate velocità, disturbi radio, usura prematura delle spazzole.

Specifiche chiare in giro:

• tipo di azionamento e frequenza di commutazione,
• gamma di velocità,
• cicli di lavoro tipici,

aiutare il fornitore di commutatori a progettare per la realtà invece che per il vecchio schema a blocchi da manuale.

6. Lista di controllo pratica per la specifica dei commutatori e dei motori in c.c.

Quando si prepara un RFQ o si esamina una proposta di motore+commutatore, si può applicare tranquillamente il pensiero “CA interno” con alcuni semplici controlli:

1. Indicare la velocità nominale e il numero di poli
   • Lasciare che il fornitore calcoli esplicitamente la frequenza interna.
   • Se sono sorpresi dalla domanda, questo vi dice qualcosa.
2. Chiedere la corrente ammissibile per barra e per spazzola alla velocità
   • Non solo la corrente di armatura totale.
   • Si sta verificando che abbiano considerato il riscaldamento della zona di commutazione, non solo la sezione trasversale del rame.
3. Confermare le specifiche di laminazione rispetto alla frequenza interna
   • Il tipo di materiale del nucleo e lo spessore della laminazione devono corrispondere alla gamma di campi elettromagnetici dell'armatura da 25 a 100 Hz.
4. Chiarire il tipo di unità
   • DC lineare, tiristore o PWM ad alta frequenza?
   • Chiedere dati di prova con un'unità simile a quella attuale.
5. Richiesta di commutazione e limiti di scintillazione
   • Classe di qualità della scintilla (se si utilizzano i livelli IEC/EN).
   • Durata prevista delle spazzole alla frequenza interna peggiore (velocità massima, carico massimo).
6. Ambiente di nota
   • Ambiente polveroso, esplosivo o pulito? Le macchine basate sul commutatore comportano sempre archi elettrici e polvere di carbone.
7. Manutenzione del piano
   • Includere le finestre di ispezione delle spazzole e di rifacimento del commutatore nel calcolo del TCO, soprattutto per le macchine CC più grandi.

Non è necessaria un'appendice teorica di trenta pagine nella gara d'appalto. Bastano poche domande ben piazzate per dimostrare che si sa che nella scatola “DC” si nasconde la corrente alternata.

7. FAQ: Motori a corrente continua e corrente alternata interna