Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Двигатель постоянного тока из чего состоит


устройство, принцип работы, типы, управление

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.
Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Рисунок 3. Ротор с тремя обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному



Двигатель постоянного тока

- Википедия

Работы щеточного электродвигателя с двухполюсным ротором (якорь) и статора с постоянным магнитом. «N» и «S» обозначают полярности на внутренних осях поверхностей магнитов; внешние грани имеют противоположную полярность. Знаки + и - показывают, где постоянный ток подается на коммутатор, который подает ток на обмотки якоря. Ходовая часть локомотива DD1 Пенсильванской железной дороги представляла собой непостоянно связанную пару электрических локомотивов постоянного тока третьего рельса, созданных для первоначальной электрификации железной дороги в Нью-Йорке, когда в городе были запрещены паровозы (кабина локомотива здесь снята).

Двигатель постоянного тока - это любой из вращающихся электрических двигателей, который преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. Наиболее распространенные типы зависят от сил, создаваемых магнитными полями. Почти все типы двигателей постоянного тока имеют некоторый внутренний механизм, либо электромеханический, либо электронный, для периодического изменения направления тока в части двигателя.

Двигатели постоянного тока были первой формой широко используемого двигателя, поскольку они могли питаться от существующих систем распределения электроэнергии освещения постоянного тока.Скорость двигателя постоянного тока можно регулировать в широком диапазоне, используя либо переменное напряжение питания, либо изменяя силу тока в его обмотках возбуждения. Небольшие двигатели постоянного тока используются в инструментах, игрушках и бытовых приборах. Универсальный двигатель может работать на постоянном токе, но это легкий щеточный двигатель, используемый для переносных электроинструментов и бытовых приборов. В настоящее время более мощные двигатели постоянного тока используются в двигателях электромобилей, элеваторов и подъемников, а также в приводах сталелитейных заводов. Появление силовой электроники сделало возможным замену двигателей постоянного тока двигателями переменного тока во многих приложениях.

Электромагнитные двигатели [править]

Катушка с проводом, через который проходит ток, генерирует электромагнитное поле, выровненное по центру катушки. Направление и величина магнитного поля, создаваемого катушкой, могут изменяться в зависимости от направления и величины тока, протекающего через нее.

Простой двигатель постоянного тока имеет стационарный набор магнитов в статоре и якорь с одной или несколькими обмотками из изолированного провода, обернутого вокруг мягкого железного сердечника, который концентрирует магнитное поле.Обмотки обычно имеют несколько витков вокруг сердечника, и в больших двигателях может быть несколько параллельных путей тока. Концы обмотки провода соединены с коммутатором. Коммутатор обеспечивает подачу питания на каждую катушку якоря по очереди и через щетки соединяет вращающиеся катушки с внешним источником питания. (Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют электронику, которая включает и выключает постоянный ток каждой катушки и не имеют щеток.)

Общее количество тока, посылаемого на катушку, размер катушки и то, на что она намотана, определяют силу создаваемого электромагнитного поля.

Последовательность включения или выключения определенной катушки определяет, в каком направлении направлены эффективные электромагнитные поля. Путем последовательного включения и выключения катушек можно создать вращающееся магнитное поле. Эти вращающиеся магнитные поля взаимодействуют с магнитными полями магнитов (постоянных или электромагнитов) в неподвижной части двигателя (статора), создавая крутящий момент на якоре, который вызывает его вращение. В некоторых конструкциях двигателей постоянного тока поля статора используют электромагниты для создания своих магнитных полей, которые позволяют лучше контролировать двигатель.

При высоких уровнях мощности двигатели постоянного тока почти всегда охлаждаются с помощью нагнетаемого воздуха.

Различное количество полей статора и якоря, а также способ их соединения обеспечивают различные характеристики регулирования скорости / крутящего момента. Скорость двигателя постоянного тока можно контролировать, изменяя напряжение, подаваемое на якорь. Введение переменного сопротивления в цепи якоря или цепи возбуждения позволило контролировать скорость. Современные двигатели постоянного тока часто управляются системами силовой электроники, которые регулируют напряжение путем «включения» постоянного тока в циклы включения и выключения, которые имеют эффективное более низкое напряжение.

Поскольку последовательный двигатель постоянного тока развивает свой максимальный крутящий момент на низкой скорости, его часто используют в тяговых приложениях, таких как электровозы и трамваи. В течение многих лет двигатель постоянного тока был опорой тяговых электроприводов как на электрических, так и на дизель-электрических локомотивах, трамваях / трамваях и дизельных электрических буровых установках. Внедрение двигателей постоянного тока и системы электросетей для управления оборудованием, начиная с 1870-х годов, положило начало второй промышленной революции. Двигатели постоянного тока могут работать непосредственно от аккумуляторных батарей, обеспечивая движущую силу для первых электромобилей и современных гибридных автомобилей и электромобилей, а также управляя множеством аккумуляторных инструментов.Сегодня двигатели постоянного тока до сих пор используются в таких небольших приложениях, как игрушки и дисководы, или в больших размерах для эксплуатации сталепрокатных и бумажных машин. Большие двигатели постоянного тока с раздельно возбужденными полями обычно использовались с приводами для намотки шахтных подъемников для обеспечения высокого крутящего момента, а также плавного регулирования скорости с помощью тиристорных приводов. Теперь они заменены большими двигателями переменного тока с частотно-регулируемыми приводами.

Если внешнее механическое питание подается на двигатель постоянного тока, оно действует как генератор постоянного тока, динамо.Эта функция используется для замедления и перезарядки аккумуляторов в гибридных и электромобилях или для возврата электричества обратно в электрическую сеть, используемую в уличных вагонах или в электропоездах, когда они замедляются. Этот процесс называется рекуперативным торможением на гибридных и электромобилях. В дизельных электровозах они также используют свои двигатели постоянного тока в качестве генераторов для замедления, но рассеивают энергию в пакетах резисторов. Более новые конструкции добавляют большие аккумуляторы, чтобы вернуть часть этой энергии.

Матовый [править]

Матовый электродвигатель постоянного тока, генерирующий крутящий момент от источника постоянного тока с помощью внутренней механической коммутации.Постоянные постоянные магниты образуют поле статора. Крутящий момент создается по принципу, согласно которому любой проводник с током, помещенный во внешнее магнитное поле, испытывает силу, известную как сила Лоренца. В двигателе величина этой силы Лоренца (вектор, представленный зеленой стрелкой) и, следовательно, выходной крутящий момент, является функцией угла ротора, что приводит к явлению, известному как пульсация крутящего момента), поскольку это двухполюсный двигатель Коммутатор состоит из разделительного кольца, так что ток меняется на половину оборота (180 градусов).

Матовый электродвигатель постоянного тока генерирует крутящий момент непосредственно из мощности постоянного тока, подаваемой на двигатель с помощью внутренней коммутации, стационарных магнитов (постоянных или электромагнитов) и вращающихся электромагнитов.

Преимущества щеточного двигателя постоянного тока включают низкую начальную стоимость, высокую надежность и простое управление скоростью двигателя. Недостатками являются высокие эксплуатационные расходы и низкий срок службы для применений с высокой интенсивностью. Техническое обслуживание включает в себя регулярную замену угольных щеток и пружин, по которым проходит электрический ток, а также чистку или замену коммутатора.Эти компоненты необходимы для передачи электроэнергии снаружи двигателя на обмотки вращающегося провода ротора внутри двигателя.

Щетки обычно изготавливаются из графита или углерода, иногда с добавлением дисперсной меди для улучшения проводимости. При использовании мягкий щеточный материал изнашивается по диаметру коммутатора и продолжает изнашиваться. Держатель щетки имеет пружину для поддержания давления на щетку при ее укорочении. Для щеток, предназначенных для переноса более чем одного или двух ампер, в щетку будет вставлен летающий провод и соединен с клеммами двигателя.Очень маленькие щетки могут опираться на скользящий контакт с металлическим щеткодержателем для переноса тока в щетку или могут опираться на контактную пружину, нажимающую на конец щетки. Щетки в очень маленьких, недолговечных двигателях, которые используются в игрушках, могут быть выполнены из сложенной металлической полосы, которая контактирует с коммутатором.

Безщеточный [править]

Типичные бесщеточные двигатели постоянного тока используют один или несколько постоянных магнитов в роторе и электромагниты на корпусе двигателя для статора. Контроллер двигателя преобразует постоянный ток в переменный.Эта конструкция механически проще, чем у щеточных двигателей, потому что она исключает усложнение передачи мощности от двигателя к вращающемуся ротору. Контроллер двигателя может определять положение ротора с помощью датчиков Холла или аналогичных устройств и может точно контролировать синхронизацию, фазу и т. Д. Тока в обмотках ротора, чтобы оптимизировать крутящий момент, сохранять мощность, регулировать скорость и даже применять некоторое торможение. Преимущества бесщеточных двигателей включают длительный срок службы, минимальное техническое обслуживание или его отсутствие, а также высокую эффективность.К недостаткам относятся высокая начальная стоимость и более сложные регуляторы скорости двигателя. Некоторые такие бесщеточные двигатели иногда называют «синхронными двигателями», хотя у них нет внешнего источника питания для синхронизации, как в случае с обычными синхронными двигателями переменного тока.

Несокращенный [править]

Другие типы двигателей постоянного тока не требуют коммутации.

  • Гомополярный двигатель - гомополярный двигатель имеет магнитное поле вдоль оси вращения и электрический ток, который в некоторой точке не параллелен магнитному полю.Название гомополярное относится к отсутствию изменения полярности. Гомополярные двигатели обязательно имеют однооборотную катушку, что ограничивает их до очень низких напряжений. Это ограничило практическое применение этого типа двигателя.
  • Двигатель на шарикоподшипниках. Двигатель на шарикоподшипниках - это необычный электродвигатель, состоящий из двух подшипников шарикоподшипникового типа, с внутренними обоймами, установленными на общем проводящем валу, и наружными обоймами, подключенными к источнику питания с высоким током и низким напряжением. Альтернативная конструкция соответствует внешним кольцам внутри металлической трубы, в то время как внутренние кольца установлены на валу с непроводящим сечением (например,грамм. два рукава на изолирующем стержне). Этот метод имеет то преимущество, что трубка будет действовать как маховик. Направление вращения определяется начальным вращением, которое обычно требуется для его запуска.

Статор с постоянными магнитами [править]

Двигатель с постоянными магнитами не имеет обмотки возбуждения на раме статора, а полагается на постоянные магниты, чтобы создать магнитное поле, с которым взаимодействует поле ротора для создания крутящего момента. Компенсационные обмотки, включенные последовательно с якорем, могут использоваться на больших двигателях для улучшения коммутации под нагрузкой.Поскольку это поле является фиксированным, его нельзя регулировать для управления скоростью. Поля PM (статоры) удобны в миниатюрных двигателях, чтобы исключить энергопотребление обмотки возбуждения. Самые большие двигатели постоянного тока имеют тип "динамо", которые имеют обмотки статора. Исторически сложилось так, что PM не могли сохранять высокий поток, если они были разобраны; обмотки поля были более практичными для получения необходимого количества потока. Тем не менее, большие ПМ являются дорогостоящими, а также опасными и сложными в сборке; это благоприятствует раневым полям для больших машин.

Чтобы минимизировать общий вес и размер, миниатюрные двигатели с постоянным магнитом могут использовать высокоэнергетические магниты, сделанные из неодима или других стратегических элементов; большинство таких сплавов неодим-железо-бор. С их более высокой плотностью потока электрические машины с высокоэнергетическими ТЧ, по крайней мере, конкурентоспособны со всеми оптимально спроектированными синхронными и индукционными электрическими машинами с одиночным питанием. Миниатюрные двигатели напоминают конструкцию на рисунке, за исключением того, что они имеют по меньшей мере три полюса ротора (для обеспечения запуска независимо от положения ротора), а их внешний корпус представляет собой стальную трубу, которая магнитным образом связывает внешние части изогнутых магнитов поля.

Wantors [править]

Полевая катушка может быть подключена в шунте, последовательно или в соединении с якорем машины постоянного тока (двигатель или генератор)

Существует три типа электрических соединений между статором и ротором для электродвигателей постоянного тока: последовательные, шунтирующие / параллельные и составные (различные сочетания последовательных и шунтирующих / параллельных), и каждый имеет уникальные характеристики скорости / крутящего момента, подходящие для различных профилей крутящего момента нагрузки. / подпись. [1]

Соединение серии

[править]

Двигатель постоянного тока серии соединяет якорь и обмотку возбуждения последовательно с общим D.2) поведение [ цитирование необходимо ] . Серийный двигатель имеет очень высокий пусковой крутящий момент и обычно используется для запуска нагрузок с большой инерцией, таких как поезда, лифты или подъемники. [2] Эта характеристика скорости / крутящего момента полезна в таких применениях, как экскаваторы с драглайнами, где копающий инструмент движется быстро при разгрузке, но медленно при переносе тяжелого груза.

Двигатель серии никогда не должен запускаться без нагрузки. При отсутствии механической нагрузки на последовательный двигатель ток низкий, противоэлектродвижущая сила, создаваемая обмоткой возбуждения, слабая, и поэтому якорь должен вращаться быстрее, чтобы произвести достаточное противо-ЭДС для уравновешивания напряжения питания.Двигатель может быть поврежден из-за превышения скорости. Это называется безудержным состоянием.

Двигатели серии

, называемые универсальными двигателями, могут использоваться на переменном токе. Поскольку напряжение якоря и направление поля изменяются одновременно, крутящий момент продолжает создаваться в одном и том же направлении. Однако они работают на более низкой скорости с меньшим крутящим моментом на источнике переменного тока по сравнению с постоянным током из-за падения реактивного напряжения в переменном токе, которое отсутствует в постоянном токе. [3] Поскольку скорость не связана с частотой линии, универсальные двигатели могут развивать скорости выше синхронных, делая их легче, чем асинхронные двигатели с одинаковой номинальной механической мощностью.Это ценная характеристика для ручных электроинструментов. Универсальные двигатели для коммерческого использования обычно имеют небольшую мощность, выходную мощность не более 1 кВт. Однако для электровозов использовались гораздо большие универсальные двигатели, питаемые специальными низкочастотными тяговыми силовыми сетями, чтобы избежать проблем с коммутацией при больших и переменных нагрузках.

Шунтирующее соединение [править]

Шунтирующий двигатель постоянного тока соединяет якорь и обмотки возбуждения параллельно или шунтирует с общим D.C. источник питания. Этот тип двигателя имеет хорошее регулирование скорости даже при изменении нагрузки, но не имеет пускового момента последовательного двигателя постоянного тока. [4] Обычно используется для промышленных применений с регулируемой скоростью, таких как станки, намоточные / размоточные машины и натяжители.

Составное соединение [править]

Составной двигатель постоянного тока соединяет якорь и обмотки возбуждения в шунт и последовательную комбинацию, чтобы придать ему характеристики как шунта, так и последовательного двигателя постоянного тока. [5] Этот двигатель используется, когда требуется высокий пусковой момент и хорошее регулирование скорости. Двигатель может быть подключен в двух вариантах: кумулятивно или дифференциально. Кумулятивные составные двигатели соединяют последовательное поле, чтобы помочь шунтирующему полю, которое обеспечивает более высокий пусковой момент, но меньшее регулирование скорости. Дифференциальные составные двигатели постоянного тока имеют хорошее регулирование скорости и обычно работают с постоянной скоростью.

См. Также [править]

Внешние ссылки [редактировать]

Wikimedia Commons имеет СМИ, связанные с двигателями постоянного тока . Уильям Х. Йидон, Алан У. Йидон. Справочник по малым электродвигателям. McGraw-Hill Professional, 2001. Стр. 4-134. ,

Каковы наилучшие способы контроля скорости двигателя постоянного тока?

Управление скоростью двигателя постоянного тока является одной из наиболее полезных функций двигателя. Управляя скоростью двигателя, вы можете изменять скорость двигателя в соответствии с требованиями и получать требуемую работу.

Управление скоростью двигателя постоянного тока

Механизм управления скоростью применим во многих случаях, например, для управления движением транспортных средств-роботов, движением двигателей на бумажных фабриках и движением двигателей в лифтах, где используются различные типы двигателей постоянного тока.


Принцип работы двигателя постоянного тока

Простой двигатель постоянного тока работает по принципу: когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает механическую силу. В практическом двигателе постоянного тока якорь представляет собой ток, несущий проводник, и поле

Принцип работы двигателя постоянного тока

обеспечивает магнитное поле.

Когда на проводник (якорь) подается ток, он создает собственный магнитный поток. Магнитный поток либо увеличивает магнитный поток из-за обмоток возбуждения в одном направлении, либо нейтрализует магнитный поток из-за обмоток возбуждения.Накопление магнитного потока в одном направлении по сравнению с другим оказывает воздействие на проводник, и, следовательно, он начинает вращаться.

В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея вращательное действие проводника создает ЭДС. Эта ЭДС, в соответствии с законом Ленца, имеет тенденцию противостоять причине, то есть подаваемому напряжению. Таким образом, двигатель постоянного тока обладает особой характеристикой регулировки крутящего момента в случае изменения нагрузки из-за обратной ЭДС.

Не пропустите: Бесщеточный двигатель постоянного тока Преимущества и области применения

Принцип регулирования скорости

Из приведенного выше рисунка уравнение напряжения простого двигателя постоянного тока составляет
В = Eb + IaRa
В представляет собой подаваемое напряжение, Eb - обратная ЭДС, Ia - ток якоря, а Ra - сопротивление якоря.
Мы уже знаем, что
Eb = (PøNZ) / 60A.
P - количество полюсов,
A - постоянная
Z - количество проводников
N-скорость двигателя
Подставляя значение Eb в уравнение напряжения, получаем
V = ((PøNZ) / 60A) + IaRa
Или V - IaRa = (PøNZ) / 60A
, т. Е. N = (PZ / 60A) (V - IaRa) / ø
. Вышеприведенное уравнение также можно записать в виде:
N = K (V - IaRa) / ø, K является константой

Это подразумевает три вещи:

  1. Скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению питания.
  2. Частота вращения двигателя обратно пропорциональна падению напряжения на якоре.
  3. Скорость двигателя обратно пропорциональна потоку из-за результатов полевых исследований

Таким образом, скорость двигателя постоянного тока можно регулировать тремя способами:

  • путем изменения напряжения питания
  • путем изменения потока, и путем изменения тока через обмотку возбуждения
  • путем изменения напряжения якоря и изменения сопротивления якоря

Не пропустите: DC DC преобразователи типов

3 способа управления скоростью двигателя постоянного тока

1.Метод управления магнитным потоком

В этом методе магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, изменяется для изменения скорости двигателя.

Метод управления магнитным потоком

Поскольку магнитный поток зависит от тока, протекающего через обмотку возбуждения, его можно изменять, меняя ток через обмотку возбуждения. Это может быть достигнуто путем использования переменного резистора, включенного последовательно с резистором обмотки возбуждения.

Первоначально, когда переменный резистор удерживается в своем минимальном положении, номинальный ток протекает через обмотку возбуждения благодаря номинальному напряжению питания, и в результате скорость поддерживается нормальной.Когда сопротивление постепенно увеличивается, ток через обмотку возбуждения уменьшается. Это в свою очередь уменьшает производимый поток. Таким образом, скорость двигателя увеличивается за пределы своего нормального значения.

2. Метод управления якоря

С помощью этого метода можно управлять скоростью двигателя постоянного тока, управляя сопротивлением якоря, чтобы контролировать падение напряжения на якоре. Этот метод также использует переменный резистор последовательно с якорем.

Метод управления якоря

Когда переменный резистор достигает своего минимального значения, сопротивление якоря становится нормальным, и, следовательно, напряжение якоря падает.Когда значение сопротивления постепенно увеличивается, напряжение на якоре уменьшается. Это, в свою очередь, приводит к снижению скорости двигателя.

Этот метод достигает скорости двигателя ниже нормального диапазона.

3. Метод контроля напряжения

Оба вышеупомянутых метода не могут обеспечить управление скоростью в желаемом диапазоне. Кроме того, метод управления магнитным потоком может влиять на коммутацию, тогда как метод управления якоря включает в себя огромные потери мощности из-за использования резистора, включенного последовательно с якорем.Поэтому часто желателен другой метод - тот, который контролирует напряжение питания для управления скоростью двигателя.

При таком способе обмотка возбуждения получает фиксированное напряжение, а якорь получает переменное напряжение.
Один из таких методов контроля напряжения включает использование механизма переключения для подачи переменного напряжения на якорь, а другой использует генератор с приводом от двигателя переменного тока для подачи переменного напряжения на якорь (система Уорда-Леонарда).

Помимо этих двух методов, наиболее широко используемым методом является использование широтно-импульсной модуляции для достижения контроля скорости двигателя постоянного тока. ШИМ включает подачу импульсов переменной ширины на драйвер двигателя для управления напряжением, подаваемым на двигатель. Этот метод оказывается очень эффективным, поскольку потери мощности поддерживаются на минимальном уровне и не предполагают использования какого-либо сложного оборудования.

Метод управления напряжением

Приведенная выше блок-схема представляет собой простой регулятор скорости вращения электродвигателя.Как показано на приведенной выше блок-схеме, микроконтроллер используется для подачи сигналов ШИМ на драйвер двигателя. Драйвером двигателя является микросхема L293D, которая состоит из цепей H-моста для управления двигателем.

ШИМ

достигается путем изменения импульсов, подаваемых на вывод разрешения микросхемы привода двигателя для управления приложенным напряжением двигателя. Изменение импульсов осуществляется микроконтроллером, с входным сигналом от кнопок. Здесь предусмотрены две кнопки, каждая для уменьшения и увеличения коэффициента заполнения импульсов.

Мы надеемся, что смогли предоставить подробное и актуальное описание управления скоростью двигателя постоянного тока. Вот простой вопрос для наших читателей: каковы другие методы управления приложенным напряжением, кроме ШИМ?

Пожалуйста, поделитесь своим мнением и ответом в разделе комментариев ниже.

В чем разница между двигателем переменного и постоянного тока?

Существует два типа электродвигателей, электродвигатели переменного тока и электродвигатели постоянного тока. Основное различие между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока заключается в том, что двигатель переменного тока питается от переменного тока, а двигатель постоянного тока - от постоянного тока. Для получения подробной информации о сравнительной таблице ниже приводится сравнительная таблица двигателя переменного и постоянного тока.

Разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока в табличной форме

Двигатели переменного тока

Двигатели постоянного тока

Двигатели переменного тока питаются от переменного тока. Двигатели постоянного тока питаются от постоянного тока.
В двигателях переменного тока преобразование тока не требуется. В двигателях постоянного тока требуется преобразование тока, например переменного тока в постоянный.
Двигатели переменного тока используются там, где мощность требуется в течение продолжительных периодов времени. Двигатели постоянного тока используются там, где скорость двигателя должна контролироваться извне.
Двигатели переменного тока могут быть однофазными или трехфазными. Все двигатели постоянного тока однофазные.
В двигателях переменного тока Арматура не вращается, а магнитное поле постоянно вращается. В двигателях постоянного тока якорь вращается, а магнитное поле вращается.
Ремонт двигателей постоянного тока является дорогостоящим. Ремонт двигателей переменного тока не является дорогостоящим.
Двигатель переменного тока не использует щеток. Двигатель постоянного тока использует щетки.
Двигатели переменного тока имеют более длительный срок службы. Двигатели постоянного тока не имеют большего срока службы.
Скорость двигателей переменного тока просто контролируется путем изменения частоты тока. Скорость двигателей постоянного тока регулируется путем изменения тока обмотки якоря.
Для запуска двигателей переменного тока требуется эффективное пусковое оборудование, например конденсатор. Двигатели постоянного тока не требуют какой-либо внешней помощи для начала работы.

Предлагаемое видео

Сейчас!
Подробнее о двигателе переменного тока и двигателе постоянного тока.

Что такое двигатель переменного тока?

Статор двигателя переменного тока имеет катушки, которые питаются переменным током и создают вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя переменного тока вращается внутри катушек электродвигателя и прикреплен к выходному валу, который создает вращающий момент от вращающегося магнитного поля.

Как работает двигатель переменного тока?

Существует два типа двигателей переменного тока. Синхронные двигатели и асинхронные двигатели.
Синхронный двигатель состоит из ротора, который запитывается от источника постоянного тока.Статор имеет 3-х фазную обмотку, от которой можно подавать питание. Теперь, когда даны эти два источника питания, то есть при определенных напряжениях, ток потребляется, и катушка внутри создает магнитные поля. Когда вращающееся поле переменного тока (хотя статор не вращается, 3-фазное поле даст эффект вращения) и поле постоянного тока взаимодействуют, создается крутящий момент, который приводит к вращению.
Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель изменяется только в одной части. У него нет отдельного поля постоянного тока.Вместо этого ротор вращается под действием индуктивности или передачи потока. Ротор будет пытаться следовать 3-х фазному потоку в статоре и, следовательно, вращаться. Этот мотор используется в вентиляторах.

Какие типы двигателей переменного тока?

Существует в основном два разных типа двигателей переменного тока, и каждый из них использует свой тип ротора.

  1. Синхронные двигатели
  2. Асинхронные двигатели или асинхронные двигатели

Синхронный двигатель может работать с точной частотой питания, поскольку он не реагирует на индукцию.Магнитное поле на синхронном двигателе создается током, подаваемым через контактные кольца. Синхронные двигатели работают быстрее, чем асинхронные, потому что скорость уменьшается из-за скольжения асинхронного двигателя. Асинхронный двигатель использует магнитное поле на роторе асинхронного двигателя, которое создается индуцированным током.

Типы синхронных двигателей

  • Простые синхронные двигатели
  • Супер синхронные двигатели

Типы асинхронных двигателей

Сколько типов двигателей постоянного тока?

Существует два типа двигателей постоянного тока.

  • Двигатели постоянного тока с щеткой
  • Двигатели постоянного тока без щеток

Типы двигателей постоянного тока с щеткой

  • Шунтирующее кольцо
  • Соединение намотанное
  • С постоянным магнитом
  • Двигатели серии
  • Двигатели постоянного тока

0

Вывод:

Вывод: используйте тот же принцип использования обмотки якоря и магнитного поля, за исключением двигателей постоянного тока. В двигателях переменного тока якорь не вращается, а магнитное поле постоянно вращается.

В некоторых случаях двигатели постоянного тока заменяются путем объединения двигателя переменного тока с электронным регулятором скорости.Двигатели постоянного тока заменены двигателем переменного тока и электронным регулятором скорости, потому что это более экономичное и менее дорогое решение.

Двигатели постоянного тока

имеют много движущихся частей, которые дорого заменить, и ремонт электрического тока постоянного тока обычно обходится дороже, чем использование нового двигателя переменного тока с электронным контроллером.

Таким образом, что касается техобслуживания, то двигатели переменного тока используются главным образом, так как легкая доступность источника переменного тока. Двигатель постоянного тока постоянно сталкивается с проблемой обслуживания.

Похожие темы

.

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020