MD Gelijkstroommachines - N34 - Les1 - Gelijkstroommachines

• Electronica
• MBO
• Studiejaar 1

Motoren

Hoofdstuk 2

Gelijkstroommachines

In deze les

2.2 Gelijkstroommachines

2.3 Het magnetisch veld

2.4 Onderdelen van een gelijkstroommachine

2.5 Buitenpool- en binnenpoolmachines

2.6 Vermogen en koppel van gelijkstroommachines

Planning (staat ook in Teams)

Benodigdheden voor dit vak

• Pen en papier (zorg voor een werkschrift);
• Potlood en geodriehoek of liniaal;
  
• Rekenmachine;
• Device waar je LessonUp op kunt draaien
  (Mobiel is genoeg om de les mee te doen. Voor aanmelden in de klas moet je een PC o.i.d. hebben - zie Teamsinstructie) ;

Lesdoelen

Aan het eind van de les weet je:

• Opbouw van een gelijkstroommachine
• Het verschil tussen een binnen- en buitenpoolmachine

De algemene opbouw

Twee basis delen:

1. De stator
2. De rotor

Binnenrotor

Buitenrotor

De opbouw

Buitenpoolmachine

Binnenpoolmachine

Veldwikkelingen in de stator

Veldwikkelingen in de rotor

Bij kleine motoren kan het magnetisch veld ook door een permanent magneet gecreëerd worden.

De buitenpoolmachine

Gelijkstroommotoren zijn altijd van het type buitenpoolmachines.

De buitenpoolmachine

Detailopbouw

De buitenpoolmachine

De rotor van de buitenpoolmachine wordt gevoed via een sleepring. Wanneer de rotor bekrachtigd wordt en de rotorspoel

staat niet haaks t.o.v.

het magnetisch veld dan zal

de rotor gaan draaien.

De buitenpoolmachine

De rotor stopt echter met draaien zodra de rotorspoel haaks op het magnetisch veld staat. (kracht F werkt ALTIJD haaks op het magnetisch veld). Om de rotor verder te laten draaien moet op dit punt de stroomrichting in de

rotor omgedraaid worden.

De buitenpoolmachine

Hiervoor is de commutator ontworpen.

De commutator zorgt dat de stroom-

richting omgedraaid wordt en zorgt

er dus voor dat de rotor blijft

draaien.

De buitenpoolmachine

De commutator is opgebouwd uit de collector en de koolborstels. De sleepring noemen we bij dit soort machines dus collector en deze zijn

bevestigd aan de rotor. De

koolborstels zijn gemaakt van

koolstof (potlood) en zijn

bevestigd aan de stator.

Gelijkstroommachine schakelen

Symbolen en coderingen

Gelijkstroommachine schakelen

Vier soorten schakelingen:

Meer hierover in

hoofdstuk 4.

Generator wordt meestal

uitgevoerd als shunt of

afzonderlijk bekrachtigde

machine

Wat gebeurd er in de rotor allemaal?

1. De rotorspoel genereerd een eigen
   magnetisch veld. Hierdoor gaat de
   rotor draaien.
2. De rotorspoelen snijden de veldlijnen
   van het statorveld. Dit principe
   hebben jullie bij gehad bij
   elektriciteitsleer ELE2A. 

Wat gebeurt er als de rotorwikkelingen de veldlijnen snijden?

Interne spanningsbron Ei of Et

Wanneer de rotorspoelen de veldlijnen snijden van
het statorveld wordt er in de rotor een spanning
geïnduceerd. De interne spanning is snelheidsafhankelijk en deze wordt ook wel interne spanningsbron genoemd.

Interne spanningsbron Ei of Et

Bij een generator maken we hier gebruik van. Deze
verzorgt namelijk de spanning aan de klemmen. Bij
een generator wordt het Ei genoemd.

Bij een motor sluiten we juist een externe spanning op de klemmen aan. Daarom wordt de geïnduceerde spanning ook wel tegenspanning Et genoemd.

Interne spanningsbron Ei of Et

Ei of Et kan berekend worden met de volgende

formule.

c1 = een machineconstante (eigenschap van de machine)

n = het toerental van de rotor [s-1].

De geïnduceerde spanning is recht evenredig met het toerental.

E​i​​=c​1​​⋅Φ⋅n

Ankerweerstand Ra

De rotor noemen we ook wel het anker. De spoelen in het anker bestaan uit koper draad. Koperdraad heeft weerstand. Daarom heeft het anker een bepaalde ankerweerstand Ra.

Ra is bij een DC-motor te vinden in de datasheets. Bij de berekeningen is Ra altijd gegeven. 

Spanningsverlies Uv

Over ankerweerstand Ra staat een spanning die we Uv noemen (verliesspanning). Uv is het spanningsverschil tussen de klemspanning Uk en de interne spanningsbron Ei of de tegenspanning Et. Dit laatste is afhankelijk of het een motor of generator betreft.

Ankerstroom Ia

Als over Ra een spanning Uv staat moet er volgens de wet van Ohm ook een stroom door het anker lopen. Deze stroom noemen we de ankerstroom Ia.

U​v​​=I​a​​⋅R​a​​

Op een rijtje:

Een motor is aangesloten op een klemspanning van 100V. Ra=0,5 Ohm en Ia=10A. Hoe groot is de geïnduceerde spanning in het anker?

Interne koppel Ti

Het interne koppel van de machine kan berekend

worden met de formule.

c2 = een machineconstante (eigenschap van de machine)

Ia = de ankerstroom.

Het koppel is recht evenredig met de ankerstroom.

T​i​​=c​2​​⋅Φ⋅I​a​​

Oefening:

Toestand motor met constant veld (phi). 

Ia=5A Ti=10Nm Et=100V en Uk=110V.

De motor wordt zwaarder belast. Hoe groot

wordt het interne koppel als het toerental

10% daalt?

Vermogen

Het vermogen kan berekend worden met de volgende formule:

Pi= interne vermogen [W]

Ti=interne koppel [Nm]

w=hoeksnelheid in rad/s 

       kun je berekenen met 

P​i​​=T​i​​⋅ω

ω=2⋅π⋅n​r​​

Oefening:

Toestand motor met constant veld (phi). 

Ti=20Nm nr=500s-1.

Hoe groot is het geleverde interne

vermogen Pi van de motor?

Vermogen

Het vermogen kan ook berekend worden met de volgende formule:

Pi= interne vermogen [W]

Et=Tegen spanning [V]

Ia=Ankerstroom 

P​i​​=E​t​​⋅I​a​​

Voor de volgende keer:

Lezen:

Hoofdstuk 2

Maken:

Vragen 1 t/m 22 + Zelftoets

Onderwerp voor de volgende les:

Gelijkstroomgeneratoren