Werking gelijkstroommotor met borstels

Moderator: physicalattraction

Reageer
Berichten: 19

Werking gelijkstroommotor met borstels

Beste forumleden,
 
Ik heb een vraag over DC elektromotoren met borstels. Ik heb opgezocht hoe deze werken, maar er is mij nog iets onduidelijk.
Na wat youtube videos te hebben gekeken snap ik het idee van een DC motor.
 
In video 1: De Lorentz kracht heeft als gevolg dat de rotor gaat draaien. Prima, heel duidelijk allemaal, zie onderstaande afbeelding.
 
 Afbeelding
 
Na wat verder zoeken kwam ik nog een video tegen. Precies hetzelfde idee als het bovenstaande, alleen dan met 3 windingen. Alleen in deze uitleg lijkt de kracht die de rotor doet draaien de magnetische kracht te zijn, die veroorzaakt wordt door de stroom door de windingen. Heeft de Lortenzkracht hier geen effect? Zie de onderstaande afbeelding:
 
3 pole motor.jpg
3 pole motor.jpg (150.31 KiB) 276 keer bekeken
 
Mij is niet helemaal duidelijk waarom in voorbeeld 2 de Lortenzkracht niet benoemd wordt. Zijn dit 2 verschillende type motoren, waarbij voorbeeld 1 werkt op de Lorentzkracht en voorbeeld 2 om magnetische kracht? Of heeft de Lorentzkracht wel een effect in voorbeeld 2?  Ik krijg het idee dat ik dingen door elkaar haal.
 
Alvast bedankt!

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.
Gebruikersavatar
Berichten: 1.510

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

De Lorentzkracht is de kracht die een bewegende lading ondervindt in een magnetisch veld.
Maar een bewegende lading creëert een magnetisch veld, je kunt het dus ook zien als de wisselwerking tussen twee magnetische velden.
 
Kortom, zelfde effect, anders omschreven.

Berichten: 19

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

 Dank voor de reactie. Naar aanleiding van je uitleg heb ik het even uitgetekend, en ik begrijp nu hoe het werkt. 
 
Als ik voorbeeld 1 neem begrijp ik nu het volgende: aangezien het hetzelfde effect is, alleen anders omschreven, kan ik aan de bovenkant van de winding een S pool voorstellen, en aan de onderkant een N pool. Dit volgt uit de rechterhandregel die ik toepas op deze 'spoel' van 1 winding. Is mijn voorstelling van de werking nu correct?
 
 
 
 
Afbeelding
Xilvo schreef: De Lorentzkracht is de kracht die een bewegende lading ondervindt in een magnetisch veld.
Maar een bewegende lading creëert een magnetisch veld, je kunt het dus ook zien als de wisselwerking tussen twee magnetische velden.
 
Kortom, zelfde effect, anders omschreven.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.510

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Klopt. En als de spoel 90 graden gedraaid is, dan staat de zuidpool van de spoel precies in de richting van de noordpool van de magneet (en omgekeerd) en is er niets dat de spoel nog laat draaien.
 
De krachten in de draden liggen dan precies in het vlak van de spoel. De andere manier om te zien dat er geen krachtmoment meer is die de spoel zou kunnen laten draaien.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.482

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Nog een effect bij de motor met enkele spoel: als de spoel 90 graden gedraaid is zijn zowel de spoel als de batterij kortgesloten. Dit soort motor moet dan ook op gang worden geholpen en de snelheid moet hem telkens over dat dode punt heen helpen.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.510

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Zeker zoals hier getekend, met smalle opening tussen de contacten en grote borstels, is de spanningsbron bijna de helft van de tijd kortgesloten.
 
Maar het gaat natuurlijk om het principe. Ik kan me niet herinneren ooit in het echt een motor met maar een enkele spoel te hebben gezien.

Berichten: 19

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

1: kortsluiting, kan het kortsluiten niet voorkomen worden door het gat iets groter te maken? of juist de borstels iets kleiner? of is er een reden dat er kortgesloten wordt?
2: dode punt, vliegwiel of iets anders met massatraagheid (rotor zelf) kan dit wel voorkomen toch
klazon schreef: Nog een effect bij de motor met enkele spoel: als de spoel 90 graden gedraaid is zijn zowel de spoel als de batterij kortgesloten. Dit soort motor moet dan ook op gang worden geholpen en de snelheid moet hem telkens over dat dode punt heen helpen.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.510

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Beide punten juist. Maar het dode punt kan er ook voor zorgen dat de motor niet begint te draaien als er spanning op wordt gezet. 
 
Kortsluiting wil je voorkomen. Energieverlies en schade, doordat er (afhankelijk van de inwendige weerstand van de spanningsbron) heel grote stromen gaan lopen.


Berichten: 19

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Bedankt voor je antwoord. Het lijkt me leuk om zelf een klein DC motortje te gaan maken, vergeet ik de werking ook nooit meer haha. 
 
Is er een manier waarmee het startprobleem verholpen kan worden?
 
Hoe kan het toerental van een DC motor geregeld worden? ik neem aan dat de sterkte van het magneetveld dat veroorzaakt wordt door de hoeveelheid stroom door de windingen alleen invloed heeft het koppel dat de motor kan leveren
Xilvo schreef: Beide punten juist. Maar het dode punt kan er ook voor zorgen dat de motor niet begint te draaien als er spanning op wordt gezet. 
 
Kortsluiting wil je voorkomen. Energieverlies en schade, doordat er (afhankelijk van de inwendige weerstand van de spanningsbron) heel grote stromen gaan lopen.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.510

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Toerental zal alleen afhangen van  de 'kracht' van de motor en de weerstand die die ondervindt.
Met een enkele spoel zal je dat dode punt altijd houden. Maar als je alleen het principe wilt proberen maakt dat niet veel uit, lijkt me.
 
Misschien (waarschijnlijk) is er op internet wel een voorbeeld te vinden. In ieder geval zal de spoel uit vele wikkelingen moeten bestaan.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.482

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Op het internet zijn inderdaad wat voorbeelden te vinden voor het zelf bouwen van zo'n motortje met enkele spoel. Het startprobleem zal je bij een enkele spoel altijd houden. Voor een zelfstartende motor zal je minstens 3 spoelen moeten hebben, zoals bij het tweede voorbeeld in je startpost. Veel modeltreintjes zijn uitgerust met zo'n 3-polige motor.
 
Het toerental is in principe evenredig met de spanning, het koppel is evenredig met de stroom. Bij zulke kleine motortjes is die evenredigheid niet volkomen, wrijvingen maken dat het niet helemaal opgaat.

Berichten: 11.437

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Daniello1 schreef: 2: dode punt, vliegwiel of iets anders met massatraagheid (rotor zelf) kan dit wel voorkomen toch
 
Als de rotor eenmaal draait uiteraard wel. 
 
Het probleem is de start: als de rotor tot stilstand komt in een positie die precies 90 graden gedraaid is tov de schets, dan heb je geen kracht in een specifieke rotatierichting. Bij simpele demonstraties is dat niet zo'n probleem, meestal zit daar genoeg asymetrie in om het wel een kant te doen opgaan, en zo niet kun je het een tikje geven. Je kunt uiteraard ook een expres een beetje inbalans in de motor maken waardoor deze in een gegeven opstelling niet in deze onwenselijke positie tot stilstand komt als je de spanning uitschakelt. 
 
Praktisch gezien zul je dergelijke motoren nauwelijks meer aantreffen, het is een leuke wetenschapsles, maar niet zoveel meer dan dat. Probleem is bijvoorbeeld de slijtage aan die (kool)borstels waardoor je ze regelmatig moet vervangen, en een permanente magneet gebruiken in de behuizing is ook niet zo handig. Sinds er betaalbare transistoren en ic's zijn is het gewoon geen goede oplossing meer: zelfs een simpele computerventilator gebruikt tegenwoordig een meerfase oplossing, vaak met variable speed drive. Dit is best complex, maar 1 ic dat alles doet kost maar een paar cent. 
Victory through technology

Berichten: 19

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Naar aanleiding van de antwoorden heb ik nog een tweetal vragen:
 
1: Het startprobleem met een enkele spoel begrijp ik. Ik heb een kleine rotor getekend die ik wil gaan printen, hier is plaats voor 4 spoelen.
 
rotor pic 3.png
rotor pic 3.png (119.47 KiB) 268 keer bekeken
 
Ik snap niet hoe een rotor met spoelhoeveelheid 2*n (even hoeveelheden) zelf startend kan zijn, aangezien er altijd  punten kunnen zitten waar  beide borstels dode punten op de kommutator raken.
 
1.1: als ik deze rotor wil aandrijven lijkt het mij dat ik ook gebruik kan maken van 4 borstels op de kommutator, is dit correct?
 
2:  Wat maakt het gebruik van een permanent magneet 'niet handig'? Als ik online kijk zie ik dat vooral bij kleinere motoren er permanent magneten worden gebruikt en bij grotere motoren dit magneetveld elektromagnetisch wordt opgewekt. 

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.482

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Daniello1 schreef: Ik snap niet hoe een rotor met spoelhoeveelheid 2*n (even hoeveelheden) zelf startend kan zijn, aangezien er altijd  punten kunnen zitten waar  beide borstels dode punten op de kommutator raken.
Bij een motor met 4 spoelen zijn er inderdaad 2 spoelen die tegelijkertijd kortgesloten staan. Dat maakt dat zo'n motor slecht start als hij uitgerekend in een "dode" stand staat. Bij kleine gelkijkstroommotortjes zie je dan ook altijd een oneven aantal polen, 3, 5 of 7.
Pas bij grotere poolaantallen, boven de 10 is een even aantal ook mogelijk. Hele grote gelijkstroommotoren, b.v. zoals vroeger in treinen zaten hadden een groter aantal polen, 40 of 50. Maar wel vaak een even aantal.

Berichten: 11.437

Re: Werking gelijkstroommotor met borstels

Daniello1 schreef: 2:  Wat maakt het gebruik van een permanent magneet 'niet handig'? Als ik online kijk zie ik dat vooral bij kleinere motoren er permanent magneten worden gebruikt en bij grotere motoren dit magneetveld elektromagnetisch wordt opgewekt. 
 
Inderdaad, het is een kwestie van kosten en afmetingen/gewicht. Voor een klein motortje is werken met permanente magneten wel te doen, voor een grote niet. 
 
Bovendien kun je zonder permanente magneten de rotor de permanente magneet maken zodat je niet telkens die stroomstoot door de commutator hebt, en dan een wisselend veld gebruiken in de stators. Wellicht werkt de motor van de stofzuiger al op dit principe. 
Victory through technology

Reageer