|
== Princip činnosti ==
Stejnosměrný motorstroj se skládá z [[Rotor (elektrotechnika)|rotor]]u (upevněn na hřídeli) a [[stator]]u (pevná část elektromotoru). Jeden z nich (rotor/stator) musí být vždy [[elektromagnet]], druhý může být buď také elektromagnet nebo také permanentními [[magnet]]. Kotvou je označován elektromagnet, na kterém dochází k přepólování napájení jeho vinutí (buď pomocí [[Komutátor (elektrotechnika)|komutátoru]] nebo řídícím elektronickým obvodem). Kotva může být na statoru i na rotoru (podle konstrukce motoru).
MagnetMagnetické natoky budícímbudícího vinutí stejnosměrného motoru je přitahován k magnetu naa [[Kotva (elektrotechnika)|kotvy]], čímžna sebe silově působí. Stejné póly se odpuzují a očné přitahují. Tím vzniknevzniká točivý [[Moment síly|moment]]. způsobujícíPoku otočeníby rotorupři ažpootočení nedošlo k neutrálnípřepnutí zóně,vinutí kdekotvy - komutaci došlo by sek pohybzastavení stroje. Vektory spřaženého magnetického toku by nevyvozovaly vzájemné silové zastavilúčinky (magnetická pole by byla orientována proti sobě). Tento jev je využíván u magnetolektrického měřicího ústrojí. Pro zachování dosavadního směru otáčení je kotva přepólována tak, aby se rotor pootočil směrem do další neutrální polohy, kdeale mezi tím dojde opět k přepólovánídalší komutaci části vinutí kotvy. Pro plynulejší pohyb má kotva tři a více vinutí. SměrZměna směru otáčení rotorumotorunebo lzeplarity změnitnýstupního přepólovánímnapětí [[napájenídynama je možno uskutečnit reverzací (elektrotechnikapřepólováním)|napájení]] jen kotvy, nebo jen buzení. Pro rychlou reverzaci motoru je obvykle reverzována kotva, která má mnohem menší časovou konstantu než budicí obvod.
Snížením velikosti budícího proudu se snižuje velikost [[magnetický tok|magnetického budícího toku]]. Odbuzením stroje se zvyšují otáčky motoru (při konstantním momentu zátěže a napětí), podle vztahu U=KΦω, který je odvozen ze vztahu U=B''I''v, kde U − indukované napětí v kotvě, K − konstanta stroje, Φ − budící tok, ω − úhlová rychlost vodičů kotvy, ''l'' − délka vodiče, v − rychlost vodiče v magnetickém poli. Snížením velikosti proudu v kotvě se snižuje se velikost kroutícího momentu na hřídeli (při konstantních otáčkách a napětí), podle vztahu M=KΦI, který je odvozen ze vztahu F=BI''l'', kde je M − kroutící moment, K − konstanta stroje, Φ − budící tok, I − proud kotvou, F − síla, ''l'' − délka vodiče. Při konstantním buzení narůstá lineárně výkon motoru od nuly až do jmenovitých otáček P=ωM. Po dosažení jmenovitých otáček dochází k odbuzování a tím klesá hyperboliky moment motoru M=P/ω.
Po úpravě mg. obvodu statoru na feromagnetický obvod z elektricky izolovaných plechů (dynamoplechy) je možno komutátorový motor napájet střídavým napětím proudem.
== Typy stejnosměrných motorů ==
Základními typy stejnosměrných [[elektromotor]]ů je kartáčový a bezkartáčový stejnosměrný motor.
=== Kartáčový motorstroj ===
{{Podrobně|Kartáčový stejnosměrný motor}}
Kartáčový motorstroj má na hřídeli [[KotvaRotor (elektrotechnika)|kotvurotor]] na= [[RotorKotva (elektrotechnika)|rotorkotvu]]u av napájeníjejichž drážkách je vloženo [[Cívka|cívekvinutí]], kterérotoru jsoupřipojené na ní umístěny, se přepíná pomocí [[Komutátor (elektrotechnika)|komutátorukomutátor]]. Komutátor je soustava lamelvzájemně zelektricky tvrdéhooddělených kovuvodivých kovových lamel upevněných na [[hřídel]]i rotoru. Na komutátor přiléhají uhlíky (kartáče), kterými je přiveden do rotoru [[elektrický proud]]. Komutátor s uhlíky zajišťují komutaci vinutí - přepínání částí vinutí rotoru. Během provozu dochází k opotřebovávání uhlíků otěrem o lamely a jiskřením při přepínání napájení pro jednotlivájednotlivé části vinutí. Komutátor je nejporuchovější součástí stejnosměrného kartáčového motoru, protokterá vyžaduje komutátorpravidelnou údržbu. Napětí a jeproud nejporuchovějšíprocházející součástívinutím stejnosměrnéhorotoru kartáčovéhoje motoru.vždy střídavý!
Stator kartáčového stroje je obsahuje budicí obvod, který je tvořen permanentními [[magnet]]y nebo cívkami budicího vinutí.
Stator kartáčového motoru může být tvořen permanentními [[magnet]]y nebo cívkami, do kterých je trvale přiveden stejnosměrný proud (jejich polarita se nemění). Cívky v rotoru jsou napájeny přes komutátor tak, aby došlo k vytvoření [[Točivý moment|točivého momentu]]. Před tím, než je dosaženo neutrální polohy (nejbližší polohy obrácených magnetických polí rotoru a statoru) dojde na komutátoru k přepojení vinutí cívek rotoru tak, aby znovu vznikl točivý moment, což se neustále opakuje. Změna [[Otáčky za minutu|otáček]] kartáčového motoru se provádí změnou velikosti přivedeného [[Elektrické napětí|elektrického napětí]].
Vektor magnetického toku buzení (statoru) je pootočen o 90°elektrických vůči vektoru magnetikého toku kotvy. Oba magnetické toky jsou spřaženy ve společném magnetixkého obvodu stroje. Tím k silovému působení mezi magnetckými toky cívek a vzniká[[Točivý moment|kroutící moment]] stroje.
Uhlíky jsou umístěny v ose magnetické neutrály, kdy ve vinutí nevzniká pohybové napětí. V tom případě dochází jen ke komutaci pracovního proudu. Komutace se opakuje tak, aby si vektor magnetického toku kotvy zachovával stálou polohu.
Změna [[Otáčky za minutu|otáček]] a kroutícího momentu kartáčového stroje se provádí změnou velikosti přivedeného [[Elektrické napětí|elektrického napětí]] na kotvu a změnou budicího proudu.
=== Bezkartáčový motor ===
{{Podrobně|Bezkartáčový stejnosměrný motor}}
Bezkartáčový stejnosměrný motor má [[Rotor (elektrotechnika)|rotor]] tvořen permanentními [[magnet]]y, a proto nepotřebuje na rotor přivádět elektrický proud. Vinutí [[Cívka|cívek]] ve [[stator]]u je zapínáno řídící elektronikou tak, aby byl neustále vyvoláván točivý moment na rotoru, což znamená že stejnosměrné napájení je elektronickou řídící jednotkou měněno na střídavý proud. Řídící jednotka musí sledovat pozici rotoru, například pomocí [[Hallova sonda|Hallovy sondy]], aby správně přepojovala vinutí statoru. Změna otáček je prováděna změnou frekvence přepínání cívek ve statoru. Řídící jednotka může regulovat napětí a proud do cívek statoru, čímž může ovlivňovat rychlost [[Otáčky za minutu|otáčení]], [[Točivýtočivý moment]] i brzdění. Typickým zástupcem bezkartáčového motoru je [[krokový motor]]. Tím, že není použit komutátor, je bezkartáčový motor nenáročný na údržbu. Bezkartáčové motory jsou častov označovány zapodstatě [[Synchronní motor|synchronní motory]],. iNa kdyžrozdíl nejsouod zběžných vnějškustřídých napájenysynchronních střídavýmstrojů proudem,(komutaci vůčizajišťuje jehožvnější frekvencistřídavá bysíť) seje synchronizovalykomutace jejichvinutí prováděna otáčkyelektronicky. Jsou též označovány jako BLDC elektromotory ({{Vjazyce2|en|''brushless DC electric motor''}}). Příkladem bezkartáčového motoru je motor ventilátoru chlazení PC.
=== Další typy motorů ===
== Buzení ==
{{Podrobně|Buzení (elektrotechnika)}}
První komutátorové stroje měly výhradně statorové budící vinutí. U nových konstrukcí bývá nahrazováno permanentním magnetem. [[Buzení (elektrotechnika)|Odbuzením]] (snížením budicího proudu) vinutí [[stator]]u umožňuje u komutátorového motoru zvýšení rychlosti otáčení. Současně klesá kroutící moment. U komutátorového generátoru - dynama se zvýšením magnetického toku budicího vinutí (přibuzením) zvyšuje výstupní napětí a výkon dynama.
[[Buzení (elektrotechnika)|Buzení]] vinutí [[stator]]u umožňuje u stejnosměrného motoru řízení otáček zejména při kolísavém zatížení. Pro (polo)automatickou regulaci otáček jsou používány tři druhy elektrického propojení statoru a [[Rotor (elektrotechnika)|rotor]]u: sériově, derivačně (paralelně) a kompaundně (tj. spojeně). Každé zapojení má jinou charakteristiku točivého momentu k otáčkám motoru pro různé zátěže.<ref name=tkotz-460>{{Citace monografie
Komutátorové stroje používají čtyři typy elektrického propojení buzení a kotvy: sériové, derivační (paralelní) a kompaundní (kombinace obou) a cizí buzení. Každý ma jinou charakteristiku točivého momentu k otáčkám motoru pro různé zátěže a rozdílné výstuní charakteristiky dynam.<ref name="tkotz-460">{{Citace monografie
| příjmení = Tkotz
| jméno = Klaus
}}</ref><ref>Herman, [https://books.google.com/books?id=E9nP3VBRO6AC&pg=PA251&dq=shunt+series+compound+dc+motor+connections&hl=en&ei=Aw24ToO0H4TL0QGU_rzRBw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CDgQ6AEwAA#v=onepage&q=shunt%20series%20compound%20dc%20motor%20connections&f=false Stephen. Industrial Motor Control.] 6th ed. Delmar, Cengage Learning, 2010. Page 251.</ref>
=== MotorStroj s cizím buzením ===
První komutátorové stroje měly výhradně statorové budící vinutí, které u nových konstrukcí bývá nahrazováno permanentním magnetem. Cize buzený motorstroj má kotvu (rotor) napájenui z jiného zdroje nežstatorové buzení (stator).napájeny Každéz různých vinutínezávislých sezdrojů, řídíkteré zvlášť.mohou Změnabýt směru otáčení motoru je možno reverzací (přepólováním) kotvy, nebo buzenířiditelné. Pro změnubrzdění směruprotiproudem a- zavedení [[Elektrodynamická brzda|elektrodynamické brzdy]] (brzděnízměnu směru práce ve IV. kvadrantu protiproudem) stačí jednoduché zapojení obvodů. Obvykle se reverzuje kotva, která má mnohem menší časovou konstantu. Tento motor nepotřebuje [[šuntování]] budicího vinutí (buzení má vlastní regulaci). Využíval se po rozvoji výkonové elektroniky ([[pulzní měnič]]e). Využívá se u českých lokomotiv řady [[Lokomotiva 163|163]], [[Lokomotiva 263|263]], [[Lokomotiva 363|363]].
=== MotorStroj se sériovým buzením ===
ProStatorové motorybudicí většíchvinutí výkonůje motorůspojeno sedo využívásérie elektromagnetus vinutím rotoru. PokudDopravní jeprostředky vinutízávislé i nezávislé trakce statoru (budicívlaky, vinutímetro, tramvaje,...) spojenovyžadují pohon motory s vinutím rotoruvelký dozáběrovým série,momentem. mluvímeTomu nejlépe vyuhovoval motor se sériovým buzením. Mluvíme o [[sériový elektromotor|sériovém elektromotoru]]. TentoTočivý typmoment elektromotorumotoru má točivý momentje nepřímo úměrný otáčkám. ToPři znamená,nulových žeotáčkách stojícídosahuje elektromotormotor mámaximálních největšíhodnot kroutícíkroutícího momentmomentu. VyužívánV byldieseelektrických především u dopravních strojů a v elektrické trakci (vlakylokomotivách, metro, tramvaje). Veve spojení s generátorem, je seriový motror schopen ideálně nahradit mechanickou převodovku. Současná výkonová technika as výkonovéfrekvenčním frekvenční měničeměničem umožňuje nahraditplně ia prorovnoceně trakční účelynahradit komutátorové motory motorytřífázovými asynchronními, případněstroji ia synchronními.v Vnejnovšjších současnostikonstrukcích jetřífázovými dostupnějšísynchronními střídavýstroji třífázovýs strojpermanentními napájenýmagnety zna frekvenčního měničerotoru. VýstupníTyto mechanickástroje charakteristikajsou frekvenčníhopři měničestejném svýkonu třífázovýma asynchronnímstejné strojemmomentové jecharakteristice srovnatelnámenší, slehčí výstupnía mechanickouumožňují charakteristikourekuperaci, sériovéhopokud elektromotoru.to Frekvenčníprovozní měničpodmínky umožňujenapájení navíc rekuperacidovolují. PřiPro stejnémpřechod výkonusériového amotru otáčkáchdo jegenerátorického poměrchodu velikostivyžaduje istroj hmotnostipřepojení, uvedenýchkteré motorůnení výhodnějšíza proprovozu asynchronnímožné motor,realizovat. protoDynamo nacházíse běžněsériovým uplatněnívinutím unení [[elektromobil]]ů aběžně lokomotivpoužíváno.
==== Rizika ====
Motory se sériovým buzením senemají přiomezení rychlosti otáčení. Při běhu naprázdno přetočí,se motor může roztočit do vysokých otáček kdy hrozí mechanické poškozeníroztržení rotoru ažs možným zraněnízraněním obsluhy.<ref name=tkotz />
=== Derivační motorstroj ===
[[Soubor:DD_NField1.png|náhled|Zapojení derivačního motoru.]]
Derivační stroj ({{Vjazyce2|en|''shunt DC motor''}}) je komutátorový stroj, jehož budící vinutí i kotva je napájeno ze společného zdroje - zapojeno paralelně. Jedná se v podstatě o obdobu cize buzeného stroje. Otáčky motoru v pracovním oblasti jsou málo závislé na zátěži motoru. Derivační motoru je využíván u poháněných zařízení s požadavkem malých změn otáček. Proud statoru i buzení je možno samostatně regulovat. Derivační stroj přechází samočinně z motorického režimu do reřimu generátorického (z I. do II. kvadrantu) a zpět v závislosti na mechanické charakteristice poháněného zařízení. Například: Pokud by nedošlo včas k odpojení dynama automobilu od akumulátoru, tak by "dynamo" samočinně přešlo do motorického chodu a snažilo by se pohánět spalovací motor vozidla. Obdobně pracuje dynamostartér.
Derivační motor ({{Vjazyce2|en|''shunt DC motor''}}) je elektrický komutátorový stroj, jehož budící vinutí je zapojeno paralelně ke kotvě (rotoru) a společnému zdroji. Derivační motory pracující často napájené [[stejnosměrný proud|stejnosměrným proudem]]. Po úpravě mg. obvodu statoru na feromagnetický obvod z elektricky izolovaných plechů (dynamoplechy) je možno derivační stroj napájet střídavým proudem. Jedná se v podstatě o obdobu cize buzeného stroje. Otáčky tohoto motoru jsou méně závislé na zátěži motoru. Proto se tento typ motoru využívá především u strojů, kde jsou požadovány relativně neměnné otáčky. Proud statoru i buzení je možno samostatně regulovat. Změnou směru proudu jen kotvou nebo jen buzením je možno reverzovat otáčky stroje.
Zapojení motoru vycházíumožňuje zsamostatnou možnostiregulaci samostatnéa regulacesmyslu proudu ve [[stator]]ovém budícím vinutí a vinutí [[Rotor (elektrotechnika)|rotor]]u ([[kotva (elektrotechnika)|kotvy]]). SamostatněTím je možno regulovat velikost a smysl proudu kotvou i budicím vinutím a tím měnit otáčkovou a [[Točivý moment|momentovou]] charakteristiku [[elektromotor|motoru]]. Stroja je možno jen odbuzovatdynama. SníženímPři velikostipohonu budícíhoz prouduvnějšího sezdroje snižujevýkonu velikostpřechází [[magnetickýstejnosměrný tok|magnetickéhostroj budícíhosamočinně toku]].z Odbuzenímmotorické strojedo segenerátorické snižuje velikost kroutícího momentu na hřídeli a současně se zvyšují otáčky motoru (při konstantním momentu zátěže), podle vztahu U=KΦω, který je odvozen ze vztahu U=B''I''v, kde Uoblasti − indukovanépracuje napětíjako v kotvě, K − konstanta stroje, Φ − budící tok, ω − úhlová rychlost vodičů kotvy, ''l'' − délka vodiče, v − rychlost vodiče v magnetickém polidynamo. SníženímStroj velikostije proudumožno vjen kotvě se snižuje se velikost kroutícího momentu na hřídeliodbuzovat a současně se snižují otáčky motoru (při konstantním momentu zátěže), podle vztahu M=KΦI, který je odvozen ze vztahu F=BI''l'', kde je M − kroutící moment, K − konstanta stroje, Φ − budící tok, I −omezovat proud kotvou, F − síla, ''l'' − délka vodičekotvy. Momentová charakteristika je velmi podobná jako u motoru cize buzeného, motor má však menší regulační rozsah. Oproti kompaundnímu motoru a především sériovému motoru lze v oblasti, do jmenovitého výkonu a jmenovitých otáček, dosáhnout téměř konstantní závislost momentu na [[otáčka|otáčkách]]. Změna směru otáčení se provádí přepólováním jen kotvy nebo jen statorového [[vinutí]]. Při reverzaci, kdy je nutno rychle měnit směr otáčení, je přepínána kotva, která má mnohem menší časovou konstantu. Spouštění motoru: před zapnutím motoru musí být nastaven maximální budící proud, tedy vyřazen odpor- zkratován rezistor R<sub>b</sub>. Přia pohonuzařazen zcelý vnějšíhoodpor zdrojerezistoru výkonuR<sub>s</sub>. přecházíDerivační stejnosměrnýstroje strojpracující samočinnětéměř zvýhradně motorickénapájené do[[stejnosměrný generátoricképroud|stejnosměrným oblasti − pracuje jako dynamoproudem]].
==== Rizika ====
=== Kompaundní motor ===
[[Soubor:CD NField1.png|náhled|Zapojení kompaundního motoru.]]
Kompaundní motor ({{Vjazyce2|en|''compound DC motor''}}) jeneboli elektrickýelektromotor strojse pracujícísmíšeným sebuzením [[stejnosměrnýmá proud|stejnosměrnýmsériové proudem]].i Strojparalelní jebudící možnovinutí, napájetjejichž imagnetické střídavýmtoky proudempůsobí zabuď podmíneksouhlasně, jakonebo derivačníproti motorsobě. Podle toho, které část budícího vinutí (sériová nebo derivační) má převládající vliv na budící tok, se mění pracovní charakteristiky kompaundního motorustroje. PodobajíVýstupní secharakteristiky motorujsou derivačnímukompromisem neboderivačního sériovému.a Kompaundnísériového elektromotor neboli elektromotor se smíšeným buzením má sériové i paralelní budící vinutí, jejichž magnetické toky působí buď souhlasně, nebo proti soběstroje. Působí-li obě vinutí stejným směrem, má motor větší záběrný moment než motor s paralelním buzením a otáčky se nesnižují tolik jako u motoru se sériovým buzením. Působí-li sériové vinutí proti paralelnímu, udržuje motor otáčky při proměnném zatížení. Zvětší-li se zatížení, otáčky klesnou, sériovým vinutím prochází větší proud, buzení se zesílí a otáčky se opět zvýší.
Spouštění motoru: motorPřed sezapnutím spouštímotoru změnoumusí hodnotybýt odporníkunastaven vmaximální obvodubudící kotvy.proud, Vtedy okamžikuvyřazen spouštění- pracujezkratován motorrezistor sR<sub>b</sub> plnýma buzenímzařazen celý odpor rezistoru R<sub>s</sub>. Po vyřazení odporu v obvodu kotvy, se snižuje buzení odporníkem v obvodu buzení. Používá se k pohonu výtahů, bagrů, trolejbusů atd. Kompaudní stroje pracující téměř výhradně napájené [[stejnosměrný proud|stejnosměrným proudem]].
==== AntikompaundníProtikompaundní zapojení ====
Je-li sériové budící vinutí zapojené tak, že magneticky tok sériového vinutí působí proti magnetickému toku paralelního vinutí, je motor velmi nestabilní a lehce se přetočí. takové zapojení může nastat omylem špatným zapojením na svorkách. Zapojení je využíváno výjimečně pro zmenšení vlivu kolísavého zapojení na otáčky motoru.<ref name=tkotz /> Protikompaudní zapojení bylo úspěšně využíváno u rotačních usměrňovačů pro sváření el obloukem (tzv. Triodyn), kdy derivační vinutí vybudí dostatečné velké zapalovací napětí oblouku a sériové omezí velkikost proudu elektrodou a obloukem.
== Charakteristiky ==
| 