Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое двигатель постоянного тока


Двигатель постоянного тока: описание принципа работы, типы

В данной статье мы подробно рассмотрим двигатели постоянного тока. Детально разберем типы и принцип работы данных двигателей. Расскажем как происходит переключение и контролирование двигателя, контролирования скорости и регулировка скорости импульса, а так же опишем как изменить направление вращения двигателя постоянного тока разными методами.

Описание и принцип работы

Электрические двигатели постоянного тока — это непрерывные приводы, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Двигатель постоянного тока достигает этого, создавая непрерывное угловое вращение, которое можно использовать для вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, колес и т.д. Купить двигатель постоянного тока вы можете на Алиэкспресс:

Наряду с обычными роторными двигателями постоянного тока имеются также линейные двигатели, способные производить непрерывное движение вкладыша. Существуют в основном три типа обычных электрических двигателей: двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока и шаговые двигатели.

Двигатели переменного тока, как правило, используются в однофазных или многофазных промышленных мощных установках, в которых постоянный крутящий момент и скорость требуются для управления большими нагрузками, такими как вентиляторы или насосы.

В этом уроке по электродвигателям мы рассмотрим только простые двигатели постоянного тока и шаговые двигатели, которые используются во многих различных типах электронных схем, систем позиционного управления, микропроцессоров, PIC и роботизированных схем.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока, является наиболее часто используемым приводом для создания непрерывного движения, скорость вращения которого легко регулируется, что делает их идеальными для использования в устройствах, таких как регулирование скорости, управление сервоприводом и / или требуется позиционирование. Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: «Статор», который является неподвижной частью, и «Ротор», который является вращающейся частью. В результате доступно три типа двигателей постоянного тока.

  • Коллекторный двигатель — этот тип двигателя создает магнитное поле в намотанном роторе (вращающаяся деталь), пропуская электрический ток через узел коммутатора и угольной щетки, отсюда и термин «щеточный». Магнитное поле статоров (неподвижная часть) создается с помощью обмотки статора или постоянных магнитов. Обычно моторы с щеткой постоянного тока дешевые, маленькие и легко управляемые.
  • Бесколлекторный двигатель — этот тип двигателя создает магнитное поле в роторе, используя постоянные магниты, прикрепленные к нему, и коммутация достигается с помощью электроники. Они, как правило, меньше, но дороже, чем обычные двигатели постоянного тока щеточного типа, потому что они используют переключатели «эффекта Холла» в статоре для получения требуемой последовательности вращения поля статора, но они имеют лучшие характеристики крутящего момента / скорости, более эффективны и имеют более длительный срок эксплуатации. чем эквивалентные коллекторные типы.
  • Серводвигатель — этот тип двигателя в основном представляет собой коллекторный двигатель постоянного тока с некоторой формой управления позиционной обратной связью, подключенной к валу ротора. Они подключены к контроллеру типа ШИМ и управляются им, и в основном используются в системах позиционного управления и радиоуправляемых моделях.

Обычные двигатели постоянного тока имеют почти линейные характеристики, скорость вращения которых определяется приложенным напряжением постоянного тока, а их выходной крутящий момент определяется током, протекающим через обмотки двигателя. Скорость вращения любого двигателя постоянного тока может варьироваться от нескольких оборотов в минуту (об / мин) до многих тысяч оборотов в минуту, что делает их пригодными для применения в электронике, автомобилестроении или робототехнике. При подключении их к коробкам передач или зубчатым передачам их выходная скорость может быть уменьшена, в то же время увеличивая крутящий момент двигателя на высокой скорости.

Коллекторный двигатель постоянного тока

Стандартный коллекторный двигатель постоянного тока состоит в основном из двух частей: неподвижного корпуса двигателя, называемого статором, и внутренней части, которая вращается, создавая движение, называемое ротором или «арматурой» для машин постоянного тока.

Обмотка статора двигателя представляет собой электромагнитную цепь, которая состоит из электрических катушек, соединенных вместе в круговую конфигурацию для создания необходимого северного полюса, затем южного полюса, затем северного полюса и т.д., типа стационарной системы магнитного поля для вращения, в отличие от машин переменного тока, чье поле статора постоянно вращается с приложенной частотой. Ток, который течет в этих полевых катушках, известен как ток поля двигателя.

Эти электромагнитные катушки, которые формируют поле статора, могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или вместе с ротором двигателя. Последовательно намотанный двигатель постоянного тока имеет обмотки статора, соединенные последовательно с ротором. Аналогично, двигатель постоянного тока с шунтирующим витком имеет свои обмотки возбуждения статора, соединенные параллельно с ротором, как показано ниже.

Ротор постоянного тока состоит из токонесущих проводников, соединенных вместе на одном конце с электрически изолированными медными сегментами, называемыми коммутатором. Коммутатор позволяет осуществлять электрическое подключение через угольные щетки (отсюда и название «щеточный» двигатель) к внешнему источнику питания при вращении ротора.

Установленное ротором магнитное поле пытается выровнять себя с полем статора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси, но не может выровняться из-за задержек коммутации. Скорость вращения двигателя зависит от силы магнитного поля роторов, и чем больше напряжение подается на двигатель, тем быстрее вращается ротор. Изменяя это приложенное постоянное напряжение, можно также изменять частоту вращения двигателя.

Двигатель постоянного тока с щеточным постоянным магнитом (PMDC), как правило, намного меньше и дешевле, чем его эквивалентные родственники двигателя постоянного тока с обмоткой статора, поскольку они не имеют обмотки возбуждения. В двигателях с постоянными магнитами постоянного тока (PMDC) эти полевые катушки заменяются сильными магнитами типа редкоземельных элементов (например, самарий-коболт или неодим-железо-бор), которые имеют очень сильные магнитные энергетические поля.

Использование постоянных магнитов дает двигателю постоянного тока намного лучшую линейную характеристику скорости / крутящего момента, чем эквивалентные намотанные двигатели из-за постоянного и иногда очень сильного магнитного поля, что делает их более подходящими для использования в моделях, робототехнике и сервоприводах.

Хотя щеточные электродвигатели постоянного тока очень эффективны и дешевы, проблемы, связанные с щеточным электродвигателем постоянного тока, заключаются в том, что искрение возникает в условиях большой нагрузки между двумя поверхностями коммутатора и угольных щеток, что приводит к самогенерированию тепла, короткому сроку службы и электрическому шуму из-за искрения, что может повредить любое полупроводниковое коммутационное устройство, такое как МОП-транзистор или транзистор. Чтобы преодолеть эти недостатки, были разработаны бесщеточные или бесколлекторные двигатели постоянного тока.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока

Бесщеточный (бесколлекторный) двигатель постоянного тока (BDCM) очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток для замены или износа из-за искрения коммутатора. Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей. Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках благодаря более сложной схеме привода, в которой магнитное поле ротора является постоянным магнитом, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Тогда конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока очень похожа на двигатель переменного тока, что делает его истинным синхронным двигателем, но одним недостатком является то, что он дороже, чем аналогичная конструкция «щеточного» двигателя.

Управление бесщеточными двигателями постоянного тока очень отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока тем, что этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимые для получения сигналов обратной связи, необходимых для управления переключением полупроводников. Самым распространенным датчиком положения / полюса является «Датчик Холла», но некоторые двигатели также используют оптические датчики.

При использовании датчиков с эффектом Холла полярность электромагнитов переключается с помощью схемы управления двигателем. Тогда двигатель можно легко синхронизировать с цифровым тактовым сигналом, обеспечивая точное управление скоростью. Бесщеточные двигатели постоянного тока могут быть сконструированы так, чтобы иметь внешний ротор с постоянными магнитами и внутренний статор электромагнита или внутренний ротор с постоянными магнитами и внешний статор электромагнита.

Преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока по сравнению с его «щеточным» кузеном заключаются в более высокой эффективности, высокой надежности, низком электрическом шуме, хорошем контроле скорости и, что более важно, отсутствии износа щеток или коммутатора, что обеспечивает значительно более высокую скорость. Однако их недостатком является то, что они более дороги и сложнее в управлении.

Серводвигатель постоянного тока

Серводвигатели постоянного тока используются в системах с замкнутым контуром, в которых положение выходного вала двигателя возвращается обратно в цепь управления двигателем. Типичные позиционные устройства «обратной связи» включают в себя резольверы, энкодеры и потенциометры, используемые в моделях радиоуправления, таких как самолеты, лодки и т.д.

Серводвигатель, как правило, включает в себя встроенную коробку передач для снижения скорости и способен напрямую выдавать высокие крутящие моменты. Выходной вал серводвигателя не вращается свободно, как валы двигателей постоянного тока из-за присоединения редуктора и устройств обратной связи.

Блок-схема серводвигателя постоянного тока

Серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, редуктора, устройства позиционной обратной связи и некоторой формы коррекции ошибок. Скорость или положение контролируется по отношению к позиционному сигналу входного сигнала или опорного приложенному к устройству.

Усилитель обнаружения ошибок просматривает этот входной сигнал и сравнивает его с сигналом обратной связи с выходного вала двигателя и определяет, находится ли выходной вал двигателя в состоянии ошибки, и, если это так, контроллер вносит соответствующие исправления, либо ускоряя двигатель, либо замедляя его вниз. Эта реакция на устройство позиционной обратной связи означает, что серводвигатель работает в «замкнутой системе».

Наряду с крупными промышленными применениями серводвигатели также используются в небольших моделях с дистанционным управлением и робототехнике, причем большинство серводвигателей способны вращаться примерно на 180 градусов в обоих направлениях, что делает их идеальными для точного углового позиционирования. Тем не менее, эти сервоприводы типа RC не могут непрерывно вращаться на высокой скорости, как обычные двигатели постоянного тока, если специально не модифицированы.

Серводвигатель состоит из нескольких устройств в одном корпусе, двигателя, коробки передач, устройства обратной связи и коррекции ошибок для контроля положения, направления или скорости. Они широко используются в робототехнике и небольших моделях, так как ими легко управлять, используя всего три провода: питание , заземление и управление сигналами.

Переключение и контроль двигателя постоянного тока

Небольшие двигатели постоянного тока могут быть включены «Вкл» или выключены «Выкл» с помощью переключателей, реле, транзисторов или МОП-транзисторов, причем простейшей формой управления двигателем является «линейное» управление. Схема этого типа использует биполярный транзистор в качестве переключателя (транзистор Дарлингтона также может использоваться, если требуется более высокий номинальный ток) для управления двигателем от одного источника питания.

Изменяя величину тока базы, протекающего в транзистор, можно управлять скоростью двигателя, например, если транзистор включен наполовину, тогда только половина напряжения питания поступает на двигатель. Если транзистор включен полностью (насыщен), то все напряжение питания поступает на двигатель и вращается быстрее. Затем для этого линейного типа управления мощность постоянно подается на двигатель, как показано ниже.

Контроль скорости двигателя

Простая схема переключения, приведенная выше, показывает схему для однонаправленной (только в одном направлении) цепи управления скоростью двигателя. Поскольку скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна напряжению на его клеммах, мы можем регулировать это напряжение на клеммах с помощью транзистора.

Два транзистора соединены в виде пары Дарлингтона для управления током основного ротора двигателя. 5 кОм потенциометр используется для регулирования количества базового привода на первый пилот — транзистора TR 1 , который, в свою очередь, контролирует главный коммутационный транзистор TR 2 , позволяя изменять напряжение постоянного тока двигателя от нуля до Vcc, в этом примере от 9 до 12 вольт.

Опциональные диоды маховика подключены к переключающему транзистору TR 2 и клеммам двигателя для защиты от любой обратной ЭДС, создаваемой двигателем при его вращении. Регулируемый потенциометр может быть заменен непрерывным логическим «1» или логическим «0» сигналом, подаваемым непосредственно на вход цепи, чтобы переключить двигатель «полностью включено» (насыщение) или «полностью выключено» (отключение) соответственно из порта микроконтроллера или ПОС.

Наряду с этим базовым контролем скорости, та же схема также может использоваться для управления скоростью вращения двигателей. Путем многократного переключения тока двигателя «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на достаточно высокой частоте, скорость двигателя можно варьировать от состояния покоя (0 об / мин) до полной скорости (100%), изменяя отношение бестокового пространства к его запасу. Это достигается путем изменения соотношения времени включения (t ON ) и времени выключения (t OFF ), и это может быть достигнуто с помощью процесса, известного как широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Регулировка скорости импульса

Ранее мы говорили, что скорость вращения двигателя постоянного тока прямо пропорциональна среднему значению напряжения на его клеммах, и чем выше это значение, вплоть до максимально допустимого напряжения двигателя, тем быстрее будет вращаться двигатель. Другими словами, больше напряжения, больше скорости. Изменяя соотношение между временем «ВКЛ» (t ВКЛ ) и временем «ВЫКЛ» (t ВЫКЛ ), которое называется «Коэффициент заполнения», или «Рабочий цикл», среднее значение напряжения двигателя и, следовательно, его скорость вращения может варьироваться. Для простых униполярных приводов коэффициент заполнения β задается как:

и среднее выходное напряжение постоянного тока, подаваемое на двигатель, определяется как: Vmean = β x Vsupply. Затем, изменяя ширину импульса а, можно управлять напряжением двигателя и, следовательно, мощностью, подаваемой на двигатель, и этот тип управления называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ.

Другим способом управления частотой вращения двигателя является изменение частоты (и, следовательно, периода времени управляющего напряжения), в то время как времена коэффициента включения «ВКЛ» и «ВЫКЛ» поддерживаются постоянными. Этот тип управления называется частотно-импульсной модуляцией или PFM .

При частотно-импульсной модуляции напряжение двигателя регулируется путем подачи импульсов переменной частоты, например, на низкой частоте или с очень небольшим количеством импульсов, среднее напряжение, подаваемое на двигатель, является низким, и, следовательно, скорость двигателя является низкой. При более высокой частоте или множестве импульсов среднее напряжение на клеммах двигателя увеличивается, и скорость двигателя также увеличивается.

Затем транзисторы можно использовать для управления количеством энергии, подаваемой на двигатель постоянного тока с режимом работы: «линейная» (изменение напряжения двигателя), «широтно-импульсная модуляция» (изменение ширины импульса) или «частотно — импульсная модуляция»(изменение частоты импульса).

Изменение направления движения двигателя постоянного тока

Хотя управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью одного транзистора имеет много преимуществ, оно также имеет один главный недостаток: направление вращения всегда одинаковое, это «однонаправленная» схема. Во многих случаях нам необходимо управлять двигателем в обоих направлениях вперед и назад.

Для управления направлением двигателя постоянного тока необходимо поменять полярность питания постоянного тока, подаваемого на соединения двигателя, чтобы его вал вращался в противоположном направлении. Один очень простой и дешевый способ управления направлением вращения двигателя постоянного тока состоит в использовании различных переключателей, расположенных следующим образом:

В первом контуре используется одинарный двухполюсный, двухходовый переключатель (DPDT) для контроля полярности соединений двигателей. При переключении контактов подача на клеммы двигателя изменяется, и двигатель меняет направление. Второй контур немного сложнее и использует четыре однополюсных, одноходовых (SPST) переключателя, расположенных в «H» -конфигурации.

Механические переключатели расположены в виде пары переключений и должны работать в определенной комбинации для работы или остановки двигателя постоянного тока. Например, комбинация переключателей A + D управляет вращением вперед, в то время как переключатели B + C управляют вращением назад, как показано на рисунке. Комбинации переключателей A + B или C + D замыкают клеммы двигателя, вызывая его быстрое торможение. Тем не менее, использование переключателей таким образом имеет свои опасности, так как рабочие переключатели A + C или B + D вместе отключат источник питания.

В то время как две вышеупомянутые схемы будут очень хорошо работать для большинства небольших двигателей постоянного тока, мы действительно хотим использовать различные комбинации механических переключателей только для изменения направления вращения двигателя, НЕТ! Мы могли бы изменить ручные переключатели для набора электромеханических реле и иметь одну кнопку прямого или обратного хода или даже использовать твердотельный четырехпозиционный двусторонний переключатель CMOS 4066B.

Но еще один очень хороший способ достижения двунаправленного управления двигателем (а также его скоростью) состоит в том, чтобы подключить двигатель к схеме транзисторного типа H-моста, как показано ниже.

H-мостовая схема двигателя

Схема H-моста, приведенная выше, названа так потому, что базовая конфигурация четырех переключателей, либо электромеханических реле, либо транзисторов, напоминает букву «H» с двигателем, расположенным на центральной шине. Транзистор или МОП-транзистор является, вероятно, одним из наиболее часто используемых типов двунаправленных цепей управления двигателем постоянного тока. Он использует «комплементарные пары транзисторов» как NPN, так и PNP в каждой ветви, причем транзисторы попарно объединяются для управления двигателем.

Управляющий вход A управляет двигателем в одном направлении, т.е. вращением вперед, в то время как вход B управляет двигателем в другом направлении, т.е. обратным вращением. Затем переключение транзисторов «ВКЛ» или «ВЫКЛ» в их «диагональных парах» приводит к направленному управлению двигателем.

Например, когда транзистор TR1 включен, а транзистор TR2 выключен, точка A подключена к напряжению питания (+ Vcc), а если транзистор TR3 выключен, а транзистор TR4 включен, точка B подключена к 0 вольт (GND). Затем двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положению клеммы А двигателя и положительной клемме В двигателя.

Если состояния переключения меняются местами так, что TR1 — «ВЫКЛ», TR2 — «ВКЛ», TR3 — «ВКЛ» и TR4 — «ВЫКЛ», ток двигателя будет течь в противоположном направлении, вызывая вращение двигателя в противоположном направлении.

Затем, применяя противоположные логические уровни «1» или «0» к входам A и B, направление вращения двигателя можно регулировать следующим образом.

Таблица истинности H-моста

Вход АВход BФункция двигателя
TR1 и TR4TR2 и TR3
00Двигатель остановлен (OFF)
10Мотор вращается вперед
01Мотор вращается задним ходом
11НЕ ПОЛОЖЕНО

Важно, чтобы никакая другая комбинация входов не допускалась, так как это может привести к короткому замыканию источника питания, то есть оба транзистора, TR1 и TR2, были включены в одно и то же время (предохранитель = взрыв!).

Как и в случае однонаправленного управления двигателем постоянного тока, как показано выше, скорость вращения двигателя также можно регулировать с помощью широтно-импульсной модуляции или ШИМ. Затем, комбинируя переключение Н-моста с ШИМ-управлением, можно точно контролировать направление и скорость двигателя.

Имеющиеся в продаже готовые ИС- декодеры, такие как четырехполупроводниковая ИС H-моста SN754410 или L298N с двумя H-мостами, доступны со всей необходимой встроенной логикой управления и безопасности, специально разработанные для двунаправленных цепей управления двигателем H-моста.

Что такое двигатель постоянного тока? (с рисунками)

Двигатель постоянного тока (DC) - это довольно простой электродвигатель, который использует электричество и магнитное поле для создания крутящего момента, который заставляет его вращаться. В самом простом случае требуется два магнита противоположной полярности и электрическая катушка, которая действует как электромагнит. Отталкивающие и привлекательные электромагнитные силы магнитов обеспечивают крутящий момент, который заставляет двигатель вращаться.

Двигатель постоянного тока.

Любой, кто когда-либо играл с магнитами, знает, что они поляризованы, с положительной и отрицательной стороны. Притяжение между противоположными полюсами и отталкивание аналогичных полюсов можно легко почувствовать даже при относительно слабых магнитах. Двигатель постоянного тока использует эти свойства для преобразования электричества в движение. Когда магниты в двигателе притягивают и отталкивают друг друга, двигатель вращается.

Простая конструкция двигателей постоянного тока делает их пригодными для самых разных целей.

Для двигателя постоянного тока требуется как минимум один электромагнит, который переключает поток тока при вращении двигателя, изменяя его полярность, чтобы поддерживать его работу. Другой магнит или магниты могут быть постоянными магнитами или другими электромагнитами. Часто электромагнит находится в центре двигателя и вращается внутри постоянных магнитов, но это расположение не требуется.

Хотите автоматически сэкономить время и деньги месяца? Пройдите 2-минутный тест, чтобы узнать, как начать экономить до 257 долларов в месяц.

Щеточный электродвигатель, использующий энергию постоянного тока.

Чтобы представить простой двигатель постоянного тока, человек может представить себе колесо, разделенное на две половины между двумя магнитами. Колесо в этом примере - это электромагнит. Два внешних магнита являются постоянными, один положительный и один отрицательный. В этом примере левый магнит заряжен отрицательно, а правый магнит заряжен положительно.

Электрический ток подается на катушки провода на колесе внутри двигателя, и он вызывает магнитную силу. Чтобы двигатель вращался, колесо должно быть отрицательно заряжено на стороне с помощью отрицательного постоянного магнита и положительно заряжено на стороне с помощью постоянного положительного магнита. Поскольку подобно тому, как заряды отталкиваются, а противоположные заряды притягиваются, колесо поворачивается так, что его отрицательная сторона поворачивается вправо, где находится положительный постоянный магнит, а положительная сторона колеса вращается влево, где отрицательный постоянный магнит.Магнитная сила заставляет колесо вращаться, и это движение можно использовать для выполнения работы.

Когда стороны колеса достигают места наибольшего притяжения, электрический ток переключается, заставляя колесо менять полярность. Сторона, которая была положительной, становится отрицательной, а сторона, которая была отрицательной, становится положительной. Магнитные силы снова выровнены, и колесо продолжает вращаться.Когда двигатель вращается, он постоянно изменяет поток электричества на внутреннее колесо, поэтому магнитные силы продолжают заставлять колесо вращаться.

Двигатели постоянного тока

используются для различных целей, включая электробритвы, окна электромобилей и автомобили с дистанционным управлением. Их простая конструкция и надежность делают их хорошим выбором для множества различных применений, а также увлекательным способом изучения влияния магнитных полей.

Инвертор с вилкой постоянного тока. ,

Что такое двигатели постоянного тока и как меняются определения? Резюме для инженеров

Обновлено май 2019. || Двигатели постоянного тока являются компонентами движения, которые получают электроэнергию в виде постоянного тока (или некоторую управляемую форму постоянного тока) и преобразуют ее в механическое вращение. Двигатели делают это посредством использования магнитных полей, которые возникают от электрических токов, чтобы стимулировать вращение ротора, закрепленного на выходном валу. Выходной крутящий момент и скорость зависят от электрического входа и конструкции двигателя.

Двигатель постоянного тока - это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую.

В соответствии с наиболее распространенными в настоящее время соглашениями о присвоении имен в промышленности существует три подтипа двигателей постоянного тока: щеточные двигатели постоянного тока, двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (PM) и универсальные двигатели постоянного тока. Как мы увидим, есть некоторые оговорки и подклассификации.

Многие большие двигатели постоянного тока по-прежнему используют щетки и поля намотки… хотя двигатели с постоянными магнитами преобладают в приложениях с дробной мощностью и интегральной мощностью ниже 18 л.с., а двигатели с постоянными магнитами все чаще используются в бесчисленных конструкциях.

Какие бывают двигатели постоянного тока?

Это щеточные серводвигатели Pittman Series 8000 DC.

Некоторые инженеры называют двигатели постоянного тока щеточными двигателями с намоткой, потому что это намотанная и покрытая лаком катушка медного провода, которая создает электромагнитное поле. Некоторые инженеры также утверждают, что все двигатели постоянного тока являются щеточными двигателями постоянного тока, и что термин «бесщеточный двигатель постоянного тока» является неправильным.

Независимо от термина, существуют двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, шунтами, последовательными и составными щетками.

Все, кроме бывшего, используют два тока:

1. Ток через обмотки якоря (ротора) для взаимодействия с магнитным полем статора (для вывода механического вращения) и

2. Ток через обмотки статора для создания магнитного поля.

В отличие от щеточных двигателей постоянного тока с постоянными магнитами:

1. Ток через обмотки якоря (ротора) для взаимодействия с магнитным полем статора (для вывода механического вращения) и

2. Постоянные магниты на статоре для создания магнитного поля, о котором идет речь.

Якорь и полевые катушки в шунтирующем двигателе подключены к параллельно , поэтому ток возбуждения пропорционален нагрузке на двигатель.

Якоря и полевые катушки в серийном двигателе серии соединяются в серию серии , поэтому ток проходит только через полевые катушки.

Арматура и полевые катушки в составных двигателях имеют как последовательную, так и шунтирующую обмотки.

Независимо от настроек, щеточные электродвигатели постоянного тока имеют коммутаторы и щеточные контакты для передачи тока на обмотки медного провода вращающегося ротора. Разработчики могут контролировать скорость, изменяя напряжение ротора (и ток с ним) или изменяя магнитный поток между ротором и статором, путем регулировки тока обмотки возбуждения. Ориентация щетки к сегментам шины коммутатора ротора механически контролирует коммутацию фазы.

Фактически, то, как щеточные электродвигатели постоянного тока позволяют разработчикам контролировать обмотки возбуждения и ротора , означает, что они подходят для применений, которые требуют простого и экономически эффективного управления крутящим моментом и скоростью.

Тем не менее, расширенная функциональность электроники для двигателей с постоянными магнитами означает, что это преимущество менее выражено, чем когда-то. Что еще хуже, ток как на роторе, так и на статоре генерирует тепло, которое ограничивает номинальные значения постоянного тока двигателей. Двигатели также представляют опасность искры, поэтому не могут работать во взрывоопасных условиях. В определенные периоды во время вращения двигателя постоянного тока коммутатор должен изменять ток, уменьшая срок службы двигателя из-за искрения и трения. Таким образом, щеточные двигатели постоянного тока требуют большего технического обслуживания в виде замены пружин и щеток, которые переносят электрический ток, и замены или очистки коммутатора.Эти компоненты важны для передачи электрической энергии снаружи двигателя к обмоткам вращающейся катушки ротора внутри двигателя.

Примечание. Щетки в щеточных двигателях постоянного тока изнашиваются и нуждаются в замене, а частицы износа щеток означают, что разработчикам не следует использовать щеточные двигатели постоянного тока в чистых помещениях. То же самое относится к приложениям, которые требуют высокой точности, поскольку трение от зацепления щетки-коммутатора обеспечивает длительное время установления позиции.

Двигатели постоянного тока серии

Как уже упоминалось, якорь (ротор) и полевые катушки в последовательно соединенных двигателях соединяются последовательно.Это означает, что весь ток якоря (ротора) проходит к обмотке возбуждения. Таким образом, эти двигатели требуют только одного источника входного напряжения. Крутящий момент равен текущему квадрату. Увеличение тока якоря (ротора) вызывает увеличение тока возбуждения. Регенеративное торможение невозможно; Ток поля падает, когда ток ротора проходит через ноль и меняет направление.

Крутящий момент самый высокий, когда двигатель останавливается, потому что якорь (ротор) не генерирует противоЭДС (bEMF) в состоянии покоя. Когда якорь (ротор) ускоряется, BEMF увеличивается.Это, в свою очередь, снижает эффективный ток, напряжение и крутящий момент. Без нагрузки мотор разгоняется до опасных скоростей. Напротив, увеличение нагрузки замедляет двигатель, но снижает bEMF… и увеличивает крутящий момент для поворота нагрузки.

Двигатели серии

не могут правильно регулировать скорость, так как регулирование скорости зависит от настроек напряжения питания. Несмотря на это, они недороги и могут приводить в движение конструкции, требующие высокого пускового момента. Например, дизайнеры используют серийные двигатели в автомобильных и маломощных механизмах, потребительские товары, такие как электроинструменты, игрушки и швейные машины, и промышленные тяговые приводы с фиксированной и переменной скоростью.Проектировщики могут полностью изменить двигатели с последовательной намоткой, поменяв местами соединения обмотки возбуждения или якоря.

Шунтирующие двигатели постоянного тока

Как уже упоминалось, якоря и полевые катушки в шунтирующем двигателе соединяются параллельно… таким образом, ток возбуждения пропорционален нагрузке на двигатель. Вход переменного напряжения позволяет регулировать скорость. Подайте фиксированное напряжение на шунтирующий двигатель, чтобы он работал с постоянной скоростью. Затем подайте увеличивающийся ток двигателя на шунтирующий двигатель, чтобы увеличить крутящий момент без значительного замедления.

В шунтирующих двигателях обмотка возбуждения (статора) соединяется параллельно с обмоткой якоря (ротора).

С этими двигателями технология, называемая ослаблением поля, может контролировать скорость, не заставляя органы управления изменять входное напряжение. Обмоточный полевой реостат уменьшает ток поля (статора), а вместе с ним и магнитный поток между якорем и полем - через воздушный зазор, который их разделяет. Скорость обратно пропорциональна потоку, поэтому это ускоряет двигатель. Одно предостережение: крутящий момент прямо пропорционален магнитному потоку, поэтому ускорение сопровождается уменьшением крутящего момента.

Стабилизирующие обмотки предотвращают ускорение при увеличении нагрузки при слабых настройках поля. Единственный улов заключается в том, что реверсивным приложениям необходимо изменить эту обмотку, чтобы идти с изменением напряжения якоря (ротора). Это требует реверсивных контакторов. Поэтому для реверсивного движения иногда изготавливают только шунтирующие двигатели с более высокой стабильностью и без стабилизирующих обмоток.

Примечание. Работа щеточного электродвигателя постоянного тока с постоянным магнитом очень похожа на работу шунтирующего двигателя, за исключением режима создания магнитного поля.

Реверсирование соединений шунтирующего двигателя на обмотках ротора или в полевых условиях изменяет направление вращения двигателя; Самовозбуждение поддерживает поле при изменении тока ротора, что означает, что двигатели могут рекуперативно тормозить.

Шунтирующие моторы приводят в движение станки и автомобильные вентиляторы и стеклоочистители.

Составные моторы

Двигатели с раздельным возбуждением (иногда называемые составными двигателями) - это щеточные двигатели постоянного тока с независимыми источниками напряжения в поле (статор) и якорь (ротор)… для лучшего контроля мощности двигателя.Входное напряжение на любой обмотке может контролировать скорость вращения двигателя и крутящий момент. Большинство производителей изготавливают составные двигатели с последовательными и шунтирующими обмотками возбуждения (ротора). Направление, сила и направление двух обмоток определяют кривые скорости вращения двигателя.

Двигатели со сложным намоткой хорошо работают на тягу в автомобильной или железнодорожной технике.

Прочитайте соответствующую статью: Что такое двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и какие существуют?

Итак, двигатели постоянного тока генерируют магнитное поле через электромагнитные обмотки или постоянные магниты.

Это бесщеточный двигатель постоянного тока.

В щеточном двигателе постоянного тока магнит действует как статор. Якорь встроен в ротор, а коммутатор переключает ток. Функция коммутатора заключается в передаче тока от фиксированной точки к вращающемуся валу. Двигатели постоянного тока с щеткой генерируют крутящий момент прямо из мощности постоянного тока, подаваемой на двигатель, используя внутреннюю коммутацию, постоянные постоянные магниты и вращающиеся электромагниты.

Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC), с другой стороны, устраняют механическую коммутацию в пользу электронной коммутации, которая исключает механический износ, связанный с щеточными двигателями постоянного тока.В двигателях BLDC постоянный магнит размещен в роторе, а катушки размещены в статоре. Обмотки катушки создают вращающееся магнитное поле, потому что они электрически отделены друг от друга, что позволяет их включать и выключать. Коммутатор BLDC не подает ток на ротор. Вместо этого поле постоянного магнита ротора отстает от вращающегося поля статора, создавая поле ротора.

Прочитайте соответствующую статью: Что такое бесщеточные двигатели постоянного тока? Техническое резюме для инженеров
,

4 типа двигателей постоянного тока и их характеристики

характеристики двигателей постоянного тока

Как вы уже знаете, есть два электрических элемента двигателя постоянного тока, обмоток возбуждения и якоря . Обмотки якоря состоят из токонесущих проводников, которые заканчиваются на коммутаторе.

4 типа двигателей постоянного тока и их характеристики (на фото: коллектор двигателя постоянного тока мощностью 575 кВт; кредит: Pedro Raposo) Постоянное напряжение

подается на обмотки якоря через угольные щетки, которые движутся на коммутаторе.В небольших двигателях постоянного тока для статора могут использоваться постоянные магниты. Однако в больших двигателях, используемых в промышленности, статор является электромагнитом.

При подаче напряжения на обмотки статора устанавливается электромагнит с северным и южным полюсами. Результирующее магнитное поле является статическим (без вращения).

Для простоты объяснения статор представлен постоянными магнитами на следующем рисунке.

DC Motor Construction

Поле двигателей постоянного тока может быть:

  1. Постоянный магнит (Статор с постоянными магнитами),
  2. электромагниты, соединенные последовательно (намотанный статор),
  3. шунт (статор раны) или
  4. Соединение
  5. (статор раны).

Давайте рассмотрим основы каждого типа, а также их преимущества и недостатки.


1. Двигатели с постоянными магнитами

Двигатель с постоянными магнитами

Двигатель с постоянными магнитами использует магнит для подачи потока поля . Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами имеют превосходную пусковую мощность с хорошим регулированием скорости. Недостатком двигателей постоянного тока с постоянными магнитами является то, что они ограничены величиной нагрузки, которую они могут вести. Эти двигатели можно найти в приложениях с низкой мощностью.

Другим недостатком является то, что крутящий момент обычно ограничен -150% от номинального крутящего момента , чтобы предотвратить размагничивание постоянных магнитов.

Вернуться к оглавлению №


2. Серия Motors

Двигатель постоянного тока серии

В двигателе постоянного тока серии поле соединено последовательно с якорем. Поле намотано на несколько витков большого провода, потому что он должен нести полный ток якоря.

Характерной особенностью серийных двигателей является то, что двигатель развивает большое количество пускового крутящего момента.Тем не менее, скорость варьируется в широких пределах от отсутствия нагрузки до полной нагрузки. Серийные двигатели нельзя использовать там, где требуется постоянная скорость при различных нагрузках.

Кроме того, скорость последовательного двигателя без нагрузки увеличивается до такой степени, что двигатель может быть поврежден. Некоторая нагрузка всегда должна быть подключена к последовательно соединенному двигателю.

Двигатели с последовательным соединением

, как правило, не подходят для использования в большинстве применений с регулируемой скоростью.

Вернуться к оглавлению №


3.Шунт Моторс

шунтирующий двигатель постоянного тока

В шунтирующем двигателе поле соединено параллельно (шунтирующее) с обмотками якоря. Шунтирующий двигатель обеспечивает хорошее регулирование скорости. Обмотка возбуждения может возбуждаться отдельно или подключаться к тому же источнику, что и якорь.

Преимуществом отдельного возбужденного шунтирующего поля является способность привода с регулируемой скоростью обеспечивать независимый контроль якоря и поля.

Шунтирующий двигатель обеспечивает упрощенное управление задним ходом.Это особенно полезно в регенеративных приводах.

Вернуться к оглавлению №


4. Составные двигатели

Составной двигатель постоянного тока

Составные двигатели имеют поле, соединенное последовательно с якорем, и отдельное возбужденное шунтирующее поле. Последовательное поле обеспечивает лучший пусковой крутящий момент , а шунтирующее поле обеспечивает лучшее регулирование скорости .

Однако поле серии может вызвать проблемы управления в приложениях с регулируемой скоростью и обычно не используется в четырех квадрантных приводах.

Вернуться к оглавлению №


Двигатель постоянного тока - объяснение (ВИДЕО)

Не можете увидеть это видео? Нажмите здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

Ссылка: Основы приводов постоянного тока - SIEMENS (Загрузить)

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020