DC motor

[gebruiker73]

Mijn vraag gaat over het commutatieproces in een DC motor. Op de bijgevoegde foto staat een borstel afgebeeld die op dit moment volledig in contact is met een lamel van de commutator. De wikkelingen A, B en C zijn de armatuurwikkelingen en zijn in serie aangesloten rondom de armatuurkern. Nu is mijn vraag waarom de stroom in wikkeling C anders georiënteerd is dan in de wikkelingen A en B. Met andere woorden hoe het komt dat er aan de borstel een stroom 2Ia vloeit.

[hbh]

Omdat je (minimaal) twee borstels hebt en er bij de andere borstel hetzelfde gebeurt, maar dan in omgekeerde richting.

[klazon]

Als het armatuur maar 3 wikkelingen bevat dan is de linker onbenoemde lamel dezelfde als c.
De andere borstel staat dan half over c en a en wikkeling A is dan kortgesloten.

Overigens zijn in zo'n situatie de borstels veel smaller dan een lamel. Anders zijn er momenten waarop beide borstels lamellen kortsluiten en samen zelfs de hele voeding kortsluiten.

[hbh]

Nu is mijn vraag waarom de stroom in wikkeling C anders georiënteerd is dan in de wikkelingen A en B. Met andere woorden hoe het komt dat er aan de borstel een stroom 2Ia vloeit.

Misschien ben je door het plaatje met de aanduiding "2Ia" erop, op het verkeerde been gezet. Daar had gewoon "Ia" moeten staan, zijnde de ankerstroom. De stroom door de resp. spoelen links en rechts van de desbetreffende lamel had dan aangeduid moeten worden met 1/2 Ia. Dat was correcter geweest.

[HansH]

volgens mij zit er in de tekening van winding c wel een foutje. het rechterpijltje moet omhoog. Maar goed. Er lopen 2 stromen parallel, 1 via de linkerkant van de commutator en een via de rechterkant. dus van de ene koolborstel naar de andere splitst de stroom zich op in 2 takken en komt dan bij de andere koolborstel weer bij elkaar. als het goed is sluit de koolborstel steeds die spoel kort waar geen flux in wordt opgewekt door de statorwikkeling. dus die betreffende spoel staat dan net haaks op het statorveld. Er loopt dan dus wel stroom door de spoel die kortgesloten wordt, maar er staat dan geen spanning over zodat de di/dt=0 en na het weer opheffen van de kortsluiting de stroom weer verder loopt met dezelfde waarde. door de di/dt=0 voorkom je vonken.

[klazon]

Een spoel wordt niet kortgesloten als hij haaks staat op het statorveld maar als die ankerpool de statorpool passeert. Dus het verloop is: de spoel is zodanig gepoold dat hij door de statorpool wordt aangetrokken. Als hij de statorpool passeert staat hij kortgesloten en doet dus niks, als hij voorbij is loopt de stroom de andere kant op en wordt hij door de statorpool afgestoten.

[HansH]

misschien werkt een plaatje verduidelijkend:

de spoel wordt kortgesloten door de borstels als de spanning erover 0 is. dat is het moment waarop de flux maximaal is want bij een simusvormige flux is de afgeleide van de flux (E=dPhi/dt= spanning) gelijk aan 0 op het moment dat de flux maximaal is.

[Xilvo]

de spoel wordt kortgesloten door de borstels als de spanning erover 0 is. dat is het moment waarop de flux maximaal is want bij een simusvormige flux is de afgeleide van de flux (E=dPhi/dt= spanning) gelijk aan 0 op het moment dat de flux maximaal is.

Als je werkelijk een wisselend veld hebt (maar zo staat het niet in het plaatje), zou je de stroomrichting in de spoel niet hoeven om te draaien.
In het plaatje staat een gelijkspanning over de borstels en wordt de spanning dus wel degelijk kortgesloten.

[HansH]

de spanning over de ankerspoel is wel degelijk een sinus omdat het veld immers een constante flux is. dat is de reden dat je moet commuteren.
Natuurlijk is het niet slim om op deze manier een DC moter te gaan maken met maar 1 spoel. Dan sluit je inderdaad de spanningsbron kort waarmee je de motor voedt. Het doel van dit plaatje is dan ook alleen om het principe uit te leggen dat je moet commuteren en op welk moment.
bij echte motoren heb je op zijn minst 3 ankerpolen en meestal nog veel meer. Dan kan er nooit een kortsluiting ontstaan tussen de koolborstels en sluit een koolborstel een stukje winding kort waar geen spanning over geinduceerd wordt omdat de dphi/dt over dat stukje winding dan net 0 is.

[Xilvo]

de spanning over de ankerspoel is wel degelijk een sinus

De spanning op de borstels is een gelijkspanning. Die op de spoel is door de commutator een blokspanning (nagenoeg, wegens die korte kortsluiting).

[HansH]

Ik bedoel dat de geinduceerde spanning (thevenin spanning) een sinus is. De spanning op de commutator is natuurlijk een blokspanning want dat is immers de spanning die je aansluit. de wikkeling gedraagt zich ook als relatief grote inductie. vandaar dat de stroom dan relatief goed een DC stroom benadert. Dat is ook de reden dat je DC motoren gemakkelijk met pulsbreedte modulatie in toerental kunt regelen. de grote inductie zorgt ervoor dat ondanks het verschil tussen aangesloten spanning en geinduceerde spanning de stroom toch vrijwel DC blijft.

[HansH]

ps, de motor gaat dan zijn toerental aanpassen totdat de gemiddelde geinduceerde spanning (+ I x R aan ohmse verliezen) gelijk is aan de gemiddelde aangebrachte spanning. Alleen in dat geval kan de stroom gemiddeld constant blijven.

[hbh]

Een spoel wordt niet kortgesloten als hij haaks staat op het statorveld maar als die ankerpool de statorpool passeert.

Het zou voor een motor niet erg efficiënt zijn om een stroomvoerende geleider precies op de plaats waar het krachtenveld het dichtst is - en dientengevolge de maximale kracht op die geleider wordt uitgeoefend – kort te sluiten. Integendeel, de kortsluiting vindt plaats op het moment dat de spoel zich niet onder een statorpool bevindt maar halverwege op weg naar de andere statorpool. Daar waar de veldflux minimaal is en wat derhalve voor het omkeren van de stroom, de meest gunstige positie is i.v.m. vonken.

[Xilvo]

Daar waar de veldflux minimaal is en wat derhalve voor het omkeren van de stroom, de meest gunstige positie is i.v.m. vonken.

Flux beïnvloedt de zelfinductie niet en dus evenmin de neiging tot vonken.

[HansH]

Vonken ontstaan op het moment dat de stroom in een spoel snel moet afbouwen: U=L*dI/dt
dus je kunt het beste de noodgedwongen kortsluiting maken op het moment dat de geinduceerde spanning over de spoel 0 is. dan is de spanning over de zelfinductie van de spoel ook 0, immers kortgesloten en geen spanning geinduceerd. en dat gebeurt op het moment dat de afgeleide van de flux=0 dus flux maximaal dus dan staan de spoelen in het horizontale vlak zoals in mijn plaatje fig 1.7 .