Innehåll
Från lyftkranar till hissar är likströmsmotorer (DC) runt omkring dig. Som alla motorer, DC-motorer omvandla 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 rotationskraften.
Momentekvation
En likspänningsmoment 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_θ för varje varv i motorn med den elektriska strömmen jag i ampere, magnetfält B i teslas, område som beskrivs av spolen EN i m2 och vinkel vinkelrätt mot spoltråden "teta" θ. För att använda det beräknade vridmomentet för DC-motorkonstruktioner, se till att du förstår hur den underliggande fysiken fungerar.
Elektrisk ström beskriver flödet av elektrisk laddning, och du riktar det i motsatt riktning för elektronflödet i ampere (eller laddning / tid). Magnetfältet beskriver benägenheten för ett magnetiskt föremål att påverka en kraft på en rörlig laddad partikel med hjälp av teslasenheter precis som hur det elektriska fältet beskriver den kraft som skulle påverka en elektrisk laddning. Magnetkraft beskriver denna grundläggande kraft som låter magneter utöva egenskaper som vridmoment.
DC motor design
För en likströmsmotor orsakar den magnetiska kraften trådspolen att röra sig, men eftersom spolen annars skulle röra sig fram och tillbaka eftersom kraftriktningen kontinuerligt vänder på den använder DC-motorer en kommutator, 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 dagens 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. De högerregel är ett sätt att berätta riktningen för en magnetisk kraft med din högra hand. Om du sträcker tummen, pekfingret och långfingret utåt på din högra hand kommer tummen att motsvara strömriktningen, pekfingret visar dig magnetfältets riktning och långfingret är magnetisk kraftriktning.
Att härleda momentekvationen
Du kan härleda ekvationen för vridmoment från Lorentz-ekvationen, F = qE + qv x B för elektromagnetisk kraft F, elektriskt fält E, elektrisk laddning q, hastigheten för den laddade partikeln v och magnetfält B. I ekvationen är x hänvisar 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 om qv (som har enheter av laddningsavstånd / tid) som produkt av laddningsström och längden på kabeln (som också skulle vara laddningsmätare / tid).
Eftersom du bara handlar med en magnetisk kraft kan du ignorera qE elektrisk komponent och skriv om ekvationen som F = IL x B f_eller ström I och trådens längd _L. Enligt definitionen av en korsprodukt, kan du skriva om ekvationen som F = I | L || B | _sin_θ med linjerna som omger varje variabel anger det absoluta värdet. För en likströmsmotor kan du skriva om den som vridmoment = IBA_sin_θ.
För att utföra en motorberäkningsmomentberäkning online kan du använda en online-kalkylator för dina specifika ändamål. jCalc.net erbjuder en som matar ut ett vridmoment för ingångsmotorns betyg i kW och motorvarvtalet i varvtal.