Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Двигатель постоянного тока как работает


Как работает двигатель постоянного тока ?

Дорогие мои читатели, начинаем разбирать темы августовского стола заказов (боже мой, как быстро летит время!). Сегодняшняя тема может быть мало кого заинтересует, зато если кого заинтересует, так это будет очень в пользу им. Слушаем trudnopisaka: Напишите пожалуйста понятно о устройстве электродвигателей постоянного тока. Можно на  примере одного из типов. Ведь с одной стороны принцип работы очень простой, а с другой,  если разобрать один из электродвигателей, то там много деталей, назначение которых не  очевидно. А на сайтах в начале поисковой выдачи есть только название этих деталей, в лучшем  случае. Планирую с детьми собрать простой электродвигатель, чтобы это помогло им в понимании  техники и они не боялись ее осваивать.

Первый этап развития электродвигателя (1821-1832) тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую.

В 1821 году М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея подтвердил принципиальную возможность построения электрического двигателя.

Для второго этапа развития электродвигателей (1833-1860) характерны конструкции с вращательным движением якоря.

Томас Дэвенпорт — американский кузнец, изобретатель, в 1833 году сконструировал первый роторный электродвигатель постоянного тока, создал приводимую им в движение модель поезда. В 1837 году он получил патент на электромагнитную машину.

В 1834 году Б. С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. 13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б. С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

  • расширение применения электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т. е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;
  • электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты, большую мощность ибольший коэффициент полезного действия;
  • этап в развитии электродвигателей связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом.

Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешёвого источника электрической энергии — электромагнитного генератора постоянного тока.

В 1886 году электродвигатель постоянного тока приобрёл основные черты современной конструкции. В дальнейшем он всё более и более совершенствовался.

В настоящее время трудно представить себе жизнь человечества без электродвигателя. Он используется в поездах, троллейбусах, трамваях. На заводах и фабриках стоят мощные электрические станки. Электромясорубки, кухонные комбайны, кофемолки, пылесосы — всё это используется в быту и оснащено электродвигателями.

 

 

Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. Направление этого поля определяют по правилу буравчика (винта).

При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки (правило правой руки используется для генераторов, а правило левой руки подходит только для двигателей). Эта сила называется «амперовой» и её величина определяется по закону Ампера F=BхIхL, где В – значение магнитной индукции поля; I – ток, циркулирующий в проводнике; L – длина провода.

 

 

Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

Рассмотрим принцип создания механического движения с помощью электричества более подробно. На динамической иллюстрации показан простейший электромотор. В однородном магнитном поле вертикально располагаем проволочную рамку и пропускаем по ней ток. Что происходит? Рамка проворачивается и по инерции двигается какое-то время до достижения горизонтального положения. Это нейтральное положение – мёртвая точка — место, где воздействие поля на проводник с током равно нулю. Чтобы движение продолжилось, нужно добавить ещё хотя бы одну рамку и обеспечить переключение направление тока в рамке в нужный момент. На обучающем видео внизу страницы хорошо виден этот процесс.

 

 

Современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полясами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе. Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

Таким образом, обмотка якоря передаёт вращающий момент на вал электромотора, а тот в свою очередь приводит в движение рабочие механизмы любого оборудования, такого как, например, станок для сетки рабицы. Хотя в этом случае используется асинхронный двигатель переменного тока, основной принцип его работы идентичен принципу действия двигателя постоянного тока – это выталкивание проводника с током из магнитного поля. Только у асинхронного электромотора вращающееся магнитное поле, а у электродвигателя постоянного тока – поле статичное.

 

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.

 

 

Индуктор (статор) электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах - специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

 

 

 

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянноготока.

 

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусомэлектродвигателя.

 

 

Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка дегтя во всей этой вкусняшке — коллектор.

Это сложный, дорогой и очень ненадежный узел. Он искрит, создает помехи, забивается проводящей пылью от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо.

Но что такое коллектор вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины.

Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щетки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса.

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

 

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не изменилось.

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов. При больших токах, в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего, искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.Конструкция двигателя может иметь один или несколько щеточно-коллекторных узлов.

А на дворе то уже 21 век и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения ротора, чтобы знать в какой момент переключать обмотки.

А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо проще вращать магнит или простенькую обмотку возбуждения, чем якорь со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.

И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями. Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они ОЧЕНЬ схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления. Но это уже совсем другая история. ВОТ ТУТ можно прочитать про него подробнее.

 

Продолжая тему двигателя постоянного тока нужно отметить, что принцип действия электродвигателя основывается на инвертировании постоянного тока в якорной цепи, чтобы не было торможения, и вращение ротора поддерживалось в постоянном ритме. Если изменить направление тока в возбуждающей обмотке статора, то, согласно правилу левой руки, изменится направление вращения ротора. То же самое произойдёт, если мы поменяем местами щёточные контакты, подводящие питание от источника к якорной обмотке. А вот если поменять «+» «-» и там и там, то направление вращения вала не изменится. Поэтому, в принципе, для питания такого мотора можно использовать и переменный ток, т.к. ток в индукторе и якоре будет меняться одновременно. На практике такие устройства используются редко.

Думаю многие из вас кто баловался с движками могли заметить, что у них есть ярко выраженный пусковой ток, когда мотор на старте может рвануть стрелку амперметра, например, до ампера, а после разгона ток падает до каких-нибудь 200мА.

Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки. Так что предельный ток который может развить движок и на который следует рассчитывать схему узнать несложно. Достаточно замерить сопротивление обмотки двигателя и поделить на это значение напряжение питания. Просто по закону Ома. Это и будет максимальный ток, пусковой.

Но по мере разгона начинается забавная вещь, обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость.

А если движок дополнительно еще подкручивать по ходу, то противоэдс будет выше питания и движок начнет вкачивать энергию в систему, став генератором.

 

 

Что касается электрической схемы включения двигателя, то их несколько и они показаны на рисунке. При параллельном соединении обмоток, обмотка якоря делается из большого количества витков тонкой проволоки. При таком подключении коммутируемый коллектором ток будет значительно меньше из-за большого сопротивления и пластины не будут сильно искрить и выгорать. Если делать последовательное соединение обмоток индуктора и якоря, то обмотка индуктора делается из провода большего диаметра с меньшим количеством витков, т.к. весь якорный ток устремляется через статорную обмотку. При таких манипуляциях с пропорциональным изменением значений тока и количества витков, намагничивающая сила остаётся постоянной, а качественные характеристики устройства становятся лучше.

На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления.

В настоящее время двигатели постоянного тока независимого возбуждения, управляемые тиристорными преобразователями, используются в промышленных электроприводах.’Эти при­воды обеспечивают регулирование скорости в широком диапазо­не. Регулирование скорости вниз от номинальной осуществляется изменением напряжения на якоре, а вверх — ослаблением потока возбуждения. Ограничения, по мощности и скорости обусловлены свойствами используемых двигателей, а не полупроводниковых приборов. Тиристоры могут соединяться последовательно или па­раллельно, если они имеют недостаточно высокий. класс по напря­жению или току. Ток якоря и момент ограничены перегрузочной способностью двигателя по нагреву.

Принцип работы:

 

 

 

 

Сборка двигателя постоянного тока ПО ДЕТАЛЯМ:

 

 

 

 

Для любопытных могу еще подробно рассказать про Миф о торсионном генераторе или например что такое Золотое сечение и симметрия. Ну и совсем для жаждущих - подробно про  Термоядерный реактор ITER. Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=32677

MCU 101: как работает двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока - это машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую энергию в форме вращения. Его движение вызвано физическим поведением электромагнетизма. Двигатели постоянного тока имеют внутри индукторы, которые создают магнитное поле, используемое для генерации движения. Но как меняется это магнитное поле, если используется постоянный ток?

Электромагнит, который представляет собой кусок железа, обмотанный проволочной катушкой, в которой на клеммы подается напряжение.Если к обеим сторонам этого электромагнита добавить два фиксированных магнита, силы отталкивания и притяжения будут создавать крутящий момент.

Затем необходимо решить две проблемы: подать ток на вращающийся электромагнит без перекручивания проводов и изменить направление тока в соответствующее время. Обе эти проблемы решаются с помощью двух устройств: коммутатора с разрезным кольцом и пары щеток.

Как можно видеть, коммутатор имеет два сегмента, которые соединены с каждой клеммой электромагнита, кроме двух стрелок - щетки, которые подают электрический ток на вращающийся электромагнит.В реальных двигателях постоянного тока можно найти три слота вместо двух и двух щеток.

Таким образом, когда электромагнит движется, его полярность меняется, и вал может продолжать вращаться. Даже если это просто и звучит так, что это будет работать отлично, есть некоторые проблемы, которые делают энергию этих двигателей неэффективной и механически нестабильной, основная проблема связана с синхронизацией между каждой инверсией полярности.
Поскольку полярность в электромагните изменяется механически, при некоторых скоростях полярность меняется слишком рано, что приводит к обратным импульсам, а иногда и к слишком позднему изменению, генерируя мгновенные «остановки» во вращении.Как бы то ни было, эти проблемы вызывают пики тока и механическую нестабильность.

Двигатели постоянного тока имеют только две клеммы. Если вы подаете напряжение на эти клеммы, двигатель будет работать, если вы измените положение клемм, двигатель изменит свое направление. Если двигатель работает, и вы внезапно отсоедините обе клеммы, двигатель будет вращаться, но замедляться до остановки. Наконец, если двигатель работает и вы внезапно закоротите обе клеммы, двигатель остановится.
Таким образом, нет третьего провода для управления двигателем постоянного тока, но, зная предыдущее поведение, можно разработать способ управления им, и решением является H-мост.

Посмотрите на последнюю эволюцию двигателя постоянного тока выше, вы можете заметить, что между ними есть четыре вентиля и двигатель. Это самый простой H-мост, где четыре затвора обозначают транзисторы. Управляя этими воротами и подключая верхнюю и нижнюю клеммы к источнику напряжения, вы можете управлять двигателем во всех режимах, как показано ниже.

Если камера подключена к одной и той же плате и подключена к камере, возникает значительная проблема с шумом.
Чем выше вы включаете ШИМ на вашем приводном двигателе, тем выше уровень шума, и тем хуже будут данные с камеры. Чтобы значительно снизить этот шум, вы можете просто припаять индуктор непосредственно через 2 приводных двигателя. Это позволит вам увеличить скорость автомобиля, не оказывая существенного влияния на данные, которые вы получаете с камеры.

Как работают электродвигатели?

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 14 мая 2019 года.

Щёлкните по переключателю и получите мгновенную власть - как любили бы наши предки электродвигатели! Вы можете найти их во всем, от электропоезда с дистанционным управлением автомобили - и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы есть в комнате с тобой прямо сейчас? Есть, вероятно, два в твоем компьютере для начала, крутишь ездить и еще один привод вентилятора охлаждения.Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многие игрушки; в ванной они оснащены вытяжными вентиляторами и электробритвами; на кухне моторы есть практически в каждом приборе, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя как одни из величайших изобретения всех времен. Давайте разберем некоторых и выясним, как они работай!

Фото: даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они заполнены плотно намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Медная вещь к Передняя часть оси с прорезями в ней является коммутатором, который удерживает двигатель вращается в том же направлении (как описано ниже).

Электричество, магнетизм и движение

Основная идея электродвигателя очень проста: вы включаете в него электричество с одной стороны и ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то.Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, мы имеем вернуться в прошлое почти на 200 лет.

Предположим, вы берете длину обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной, постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод прыгнет вкратце. Удивительно, когда вы видите это в первый раз. Это как волшебство! Но есть совершенно научный объяснение.Когда электрический ток начинает ползти по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если вы поместите провод возле постоянного магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным магнитное поле. Вы узнаете, что два магнита расположены рядом друг с другом либо привлекать, либо отталкивать. Точно так же временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку прыгать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (помощь памяти), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда Мотор называется правилом).

Протяните большой, первый и второй пальцы левой руки рука, так что все три под прямым углом. Если вы указываете пальцем Секонд в направлении течения (который течет от положительного к отрицательная клемма аккумулятора), и первый палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), твоя чёрт будет показать направление, в котором провод Ходы.

Это ...

  • Первый палец = Поле
  • SeCond finger = Текущий
  • ThuMb = движение

Быстрое слово о текущем

Если я вас смущаю, говоря, что ток течет от положительного к отрицательному, это просто случается историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, который помог выяснить тайна электричества еще в 18 веке, полагал, что это был поток положительных зарядов, так что это перешло от положительного к отрицательному. Мы называем эту идею обычным током и до сих пор его используют в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов, от отрицательного к положительному, в направлении , противоположном направлению к обычному току.Когда вы пытаетесь выяснить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает условного тока , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель - теоретически

Фото: электрика ремонтирует электродвигатель на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением была изначально обнаружен в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это основная наука об электромоторе. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практичное немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны сделать это немного дальше. Изобретателями, которые это сделали, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867) и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они достиг их блестящего изобретения.

Предположим, что мы сгибаем наш провод в квадратную U-образную петлю, так что есть фактически два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них отнимает у нас электрический ток через провод, а другой один возвращает ток снова. Потому что ток течет в В противоположных направлениях в проводах левое правило Флеминга говорит нам два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов будет двигаться вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка проволоки могла продолжать движение вот так, она бы вращалась постоянно - и мы были бы на пути к созданию электрического двигатель. Но это не может произойти с нашей нынешней установкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко достаточно, что-то еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, оно перевернется, поэтому электрический ток течь через него в обратном направлении. Теперь силы на каждом сторона катушки будет обратная.Вместо того, чтобы постоянно вращаться в в том же направлении, он будет двигаться в том направлении, в котором он только что пришел! Представьте себе электричку с таким мотором: перетасовывать назад и вперед на месте, даже не собираясь везде.

Как работает электродвигатель - на практике

Есть два способа преодолеть эту проблему. Одним из них является использование своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, которое известно в качестве переменного тока (переменного тока). В виде маленьких, с батарейным питанием моторы, которые мы используем по дому, лучшее решение - добавить компонент называется коммутатором к концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических Название: это слегка старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово "коммутировать". Это просто означает, чтобы измениться вперед и назад в одном и том же путь, которым добираются, означает путешествовать назад и вперед.) В его самой простой форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его работа заключается в том, чтобы инвертировать электрический ток в катушке каждый раз, когда Катушка вращается через пол оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от батареи подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару свободных разъемы, называемые кистями, сделали либо из кусочков графита (мягкий карбон, похожий на карандаш "свинец") или тонкие отрезки пружинящего металла, который (как название подсказывает) "кисть" против коммутатора. С коммутатор, когда электричество течет по цепи, Катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Работа: упрощенная схема деталей в электрическом двигатель.Мультработа: как это работает на практике. Обратите внимание, как коммутатор меняет ток каждый раз, когда катушка поворачивается наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкает в том же направлении, что удерживает катушку, вращающуюся по часовой стрелке.

Простой экспериментальный двигатель, подобный этому, не способен много сил. Мы можем увеличить поворотную силу (или крутящий момент) что Мотор можно создать тремя способами: либо мы можем иметь больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток течет через провод, или мы можем сделать катушку, чтобы она имела много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглая форма, так что он почти касается катушки проволоки, которая вращается внутри него. Чем ближе магнит и катушка, тем больше сила, которую может создать мотор.

Несмотря на то, что мы описали несколько различных частей, вы можете думать о двигателе как о двух основных компонентах:

  • Есть постоянный магнит (или магниты) по краю корпуса двигателя, который остается неподвижным, поэтому он называется статором двигателя.
  • Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с большой скоростью - и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные моторы

Подобные двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модельные поезда, радиоуправляемые вагоны или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Небольшие бытовые приборы (такие как кофемолки или электрические блендеры), как правило, используют так называемые универсальные двигатели , которые могут работать от переменного или постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от постоянного или переменного тока, который вы вводите:

  • При подаче постоянного тока электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет ток катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в обычном двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
  • Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , и обращаются в обратном направлении, точно в шаге, поэтому сила на катушке всегда в одном и том же направлении, и двигатель всегда вращается в любом направлении по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда находятся в шаге, фактически не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: как работает универсальный двигатель: источник питания питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При использовании источника переменного тока магнитное поле и ток катушки меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположный.Это означает, что сила на катушке всегда указывает одинаково.

Фото: внутри типичного универсального мотора: основные детали внутри мотора среднего размера от кофемолки, которая может работать от постоянного или переменного тока. Серый электромагнит по краю - это статор (статическая часть), который питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание также на прорези в коммутаторе и угольные щетки, толкающие его, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения, а не постоянного тока низкого напряжения или бытового переменного тока умеренно низкого напряжения. который питает универсальные двигатели.

Другие виды электродвигателей

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, соединенную с источником электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают несколько иначе: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, создавая вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это крутиться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его, чтобы статор был эффективно разложен на длинной непрерывной гусенице, ротор мог катиться вдоль него по прямой линии. Этот оригинальный дизайн известен как линейный двигатель, и вы найдете его в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги "маглев".

Другой интересный дизайн - бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются друг от друга, при этом несколько статических железных катушек находятся в центре, а постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье на моторы эпицентра деятельности. Шаговые двигатели, которые поворачиваются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

,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. ,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020