Эл двигатели постоянного тока: устройство, принцип работы, типы, управление

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

Бесщеточный двигатель принцип работы

Как устроен бесщеточный двигатель

Работа бесщеточного электродвигателя основывается на электрических приводах, создающих магнитное вращающееся поле.

В настоящее время существует несколько типов устройств, имеющих различные характеристики.

С развитием технологий и использованием новых материалов, отличающихся высокой коэрцитивной силой и достаточным уровнем магнитного насыщения, стало возможным получение сильного магнитного поля и, как следствие, вентильных конструкций нового вида, в которых отсутствует обмотка на роторных элементах или стартере.

Обширное распространение переключателей полупроводникового типа с высокой мощностью и приемлемой стоимостью ускорило создание подобных конструкций, облегчило исполнение и избавило от множества сложностей с коммутацией.

Использование

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами встречается в основном в устройствах с мощностью в пределах 5 кВт.

В более мощной аппаратуре их применение нерационально.

Магниты в двигателях данного типа отличаются особой чувствительностью к высоким температурам и сильным полям.

Двигатели активно используются в электрических мотоциклах, автомобильных приводах благодаря отсутствию трения в коллекторе. 

Описание и принцип работы

Бесщеточный (бесколлекторный) двигатель постоянного тока очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток для замены или износа из-за искрения коммутатора.

Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей.

Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках благодаря более сложной схеме привода, в которой магнитное поле ротора является постоянным магнитом, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Управление бесщеточными двигателями постоянного тока очень отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока тем, что этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимые для получения сигналов обратной связи, необходимых для управления переключением полупроводников. Появление процессорной техники и силовых транзисторов позволило конструкторам отказаться от узла механической коммутации и изменить роль ротора и статора в электромоторе постоянного тока.

Принцип работы БДКП

В бесколлекторном электродвигателе роль механического коммутатора выполняет электронный преобразователь. Это позволяет осуществить «вывернутая наизнанку» схема БДКП — его обмотки расположены на статоре, что исключает необходимость в коллекторе.

Иными словами, основное принципиальное различие между классическим двигателем и БДКП в том, что вместо стационарных магнитов и вращающихся катушек последний состоит из неподвижных обмоток и вращающихся магнитов. Несмотря на то что сама коммутация в нём происходит похожим образом, её физическая реализация в бесщёточных приводах гораздо более сложна.

Как работает коллекторная машина

Чтобы произвести запуск коллекторного двигателя, потребуется подать напряжение на обмотку возбуждения, которая расположена непосредственно на якоре. При этом образуется постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитами на статоре, в результате чего проворачиваются якорь и коллектор, закрепленный на нём. При этом подается питание на следующую обмотку, происходит повтор цикла.

Как осуществляется управление

Электронный блок управления позволяет провести коммутацию обмоток привода. Для определения момента переключения при помощи драйвера отслеживается положение ротора по датчику Холла, установленном на приводе.

В том случае, если нет таких устройств, необходимо считывать обратное напряжение.

Оно генерируется в катушках статора, не подключенных на данный момент времени.

Контроллер — это аппаратно-программный комплекс, он позволяет отслеживать все изменения и максимально точно задавать порядок коммутации.

Трехфазные бесколлекторные электродвигатели

Очень много бесколлекторных электродвигателей для авиамоделей выполняется под питание постоянным током.

Но существуют и трехфазные экземпляры, в которых устанавливаются преобразователи.

Они позволяют из постоянного напряжения сделать трехфазные импульсы.

Работа происходит следующим образом:

1. На катушку «А» поступают импульсы с положительным значением. На катушку «В» — с отрицательным значением. В результате этого якорь начнет двигаться. Датчики фиксируют смещение и подаётся сигнал на контроллер для осуществления следующей коммутации.
2. Происходит отключение катушки «А», при этом импульс положительного значения поступает на обмотку «С». Коммутация обмотки «В» не претерпевает изменений.
3. На катушку «С» попадается положительный импульс, а отрицательный поступает на «А».
4. Затем вступает в работу пара «А» и «В». На них и подаются положительные отрицательные значения импульсов соответственно.
5. Затем положительный импульс опять поступает на катушку «В», а отрицательный на «С».
6. На последнем этапе происходит включение катушки «А», на которую поступает положительный импульс, и отрицательный идет к С.

И после этого происходит повтор всего цикла.

Преимущества использования

Изготовить своими руками бесколлекторный электродвигатель сложно, а реализовать микроконтроллерное управление практически невозможно. Поэтому лучше всего использовать готовые промышленные образцы.

Но обязательно учитывайте достоинства, которые получает привод при использовании бесколлекторных электродвигателей:

1. Существенно больший ресурс, нежели у коллекторных машин.
2. Высокий уровень КПД.
3. Мощность выше, нежели у коллекторных моторов.
4. Скорость вращения набирается намного быстрее.
5. Во время работы не образуются искры, поэтому их можно использовать в условиях с высокой пожарной опасностью.
6. Очень простая эксплуатация привода.
7. При работе не нужно использовать дополнительные компоненты для охлаждения.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.

Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.

Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.

Содержание:

Электродвигатель постоянного и переменного тока

История изобретения

Электродвигатель Якоби.

Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.

Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:

1. После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
2. Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
3. После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.

   1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея

Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.

Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.

В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины

Устройство и принцип работы

В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.

Основной принцип

Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:

1. Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
2. Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
3. Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.

Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:

• Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
• Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
• Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.

Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.

Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.

Проблема слабых пусковых токов рассматривается ниже в отдельном разделе.

Конструкция

Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:

1. Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
2. Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.

Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.

Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:

1. В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
2. По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
3. Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
4. Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.

Детали электродвигателя постоянного тока

Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.

В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.

Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».

Пусковые токи

Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:

• защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
• провода обмотки сгорят от перегрузки;
• секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.

Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.

Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.

Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:

1. Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
2. После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
3. После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».

Данный цикл повторяется 3-5 раз (рис. 4) и решает необходимость старта двигателя без возникновения критических нагрузок в сети. Фактически, «плавный» запуск по-прежнему отсутствует, однако оборудование работает безопасно, а главное достоинство электродвигателя постоянного тока – крутящий момент – сохраняется.

Схемы подключения

Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.

У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.

Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:

1. Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т.п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
2. Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
3. Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.

В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.

Регулировка скорости вращения

Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:

1. В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
2. При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.

Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.

Реверсирование

Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:

• при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
• при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Достоинства и недостатки

Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.

Основные достоинства:

• ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
• скорость вращения якоря легко регулируется;
• двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.

Главные недостатки:

• ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
• использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
• для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.

Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.

Электрический двигатель — принцип работы электромотора классификация и технические характеристики

Электрические двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Первые их прототипы были созданы в 19 веке, а сегодня эти устройства максимально интегрированы в жизнь современного человечества. Примеры их использования можно встретить в любой сфере жизнедеятельности: от общественного транспорта до домашней кофемолки.

Содержание:

Электрический двигатель: вид в разрезе

Принцип преобразования энергии

Принцип работы электродвигателя любого типа заключается в использовании электромагнитной индукции, возникающей внутри устройства после подключения в сеть. Для того чтобы понять, как эта индукция создается и приводит элементы двигателя в движение, следует обратиться к школьному курсу физики, объясняющему поведение проводников в электромагнитном поле.

Итак, если мы погрузим проводник в виде обмотки, по которому движутся электрические заряды, в магнитное поле, он начнет вращаться вокруг своей оси. Это связано с тем, что заряды находятся под влиянием механической силы, изменяющей их положение на перпендикулярной магнитным силовым линиям плоскости. Можно сказать, что эта же сила действует на весь проводник.

Схема, представленная ниже, показывает токопроводящую рамку, находящуюся под напряжением, и два магнитных полюса, придающие ей вращательное движение.

Картинка кликабельна.

Именно эта закономерность взаимодействия магнитного поля и токопроводящего контура с созданием электродвижущей силы лежит в основе функционирования электродвигателей всех типов. Для создания аналогичных условий в конструкцию устройства включают:

• Ротор (обмотка) – подвижная часть машины, закрепленная на сердечнике и подшипниках вращения. Она исполняет роль токопроводящего вращательного контура.
• Статор – неподвижный элемент, создающий магнитное поле, воздействующее на электрические заряды ротора.
• Корпус статора. Оснащен посадочными гнездами с обоймами для подшипников ротора. Ротор размещается внутри статора.

Для представления конструкции электродвигателя можно создать принципиальную схему на основе предыдущей иллюстрации:

После включения данного устройства в сеть, по обмоткам ротора начинает идти ток, который под воздействием магнитного поля, возникающего на статоре, придает ротору вращение, передаваемое на крутящийся вал. Скорость вращения, мощность и другие рабочие показатели зависят от конструкции конкретного двигателя и параметров электрической сети.

Классификация электрических двигателей

Все электродвигатели между собой классифицируют в первую очередь по типу тока, протекающему через них. В свою очередь, каждая из этих групп тоже делить на несколько видов, в зависимости от технологических особенностей.
Двигатели постоянного тока

На маломощных двигателях постоянного тока магнитное поле создается постоянным магнитом, устанавливаемым в корпусе устройства, а обмотка якоря закрепляется на вращающемся валу. Принципиальная схема ДПТ выглядит следующим образом:

Обмотка, расположенная на сердечнике, изготавливается из ферромагнитных материалов и состоит из двух частей, последовательно соединенных между собой. Своими концами они подсоединяются к коллекторным пластинам, к которым прижимаются графитовые щетки. На одну из них подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а на другую – отрицательный.

После подачи питания на двигатель происходит следующее:

1. Ток от нижней «плюсовой» щетки подается на ту коллекторную пластину, к контактной платформе которой она подключена.
2. Прохождение тока по обмотке на коллекторную пластину (обозначено пунктирной красной стрелкой), подключенную к верхней «отрицательной» щетке создает электромагнитное поле.
3. Согласно правилу буравчика, в правой верхней части якоря возникает магнитное поле южного, а в левой нижней — северного магнитного полюса.
4. Магнитные поля с одинаковым потенциалом отталкиваются друг от друга и приводят ротор во вращательное движение, обозначенное на схеме красной стрелкой.
5. Устройство коллекторных пластин приводит к смене направления протекания тока по обмотке во время инерционного вращения, и рабочий цикл повторяется вновь.

Самый простой электрический двигатель

При очевидной простоте конструкции существенным недостатком таких двигателей является низкий КПД, обусловленный большими потерями энергии. Сегодня ДПТ с постоянными магнитами используются в простых бытовых приборах и детских игрушках.

Устройство двигателей постоянного тока большой мощности, используемых в производственных целях, не предусматривает использование постоянных магнитов (они занимали бы слишком много места). В этих машинах используется следующая конструкция:

• обмотка состоит из большего количества секций, представляющих собой металлический стержень;
• каждая обмотка отдельно подключается к положительному и отрицательному полюсу;
• количество контактных площадок на коллекторном устройстве соответствует количеству обмоток.

Таким образом, снижение потерь электроэнергии обеспечивается плавным подключением каждой обмотки к щеткам и источнику питания. На следующей картинке представлена конструкция якоря такого двигателя:

Устройство электрических двигателей постоянного тока позволяет легко обратить направление вращения ротора с помощью простой смены полярности на источнике питания.

Функциональные особенности электродвигателей определяются наличием некоторых «хитростей», к которым относится сдвиг токосъемных щеток и несколько схем подключения.

Сдвиг узла токосъемных щеток относительно вращения вала происходит после запуска двигателя и изменения подаваемой нагрузки. Это позволяет компенсировать «реакцию якоря» — эффект, снижающий эффективность машины за счет торможения вала.

Есть три способа подключения ДПТ:

1. Схема с параллельным возбуждением предусматривает параллельное подключение независимой обмотки, как правило, регулируемой реостатом. Так обеспечивается максимальная стабильность скорости вращения и её плавная регулировка. Именно благодаря этому двигатели с параллельным возбуждением находят широкое применение в грузоподъемном оборудовании, на электрическом транспорте и станках.
2. Схема с последовательным возбуждением тоже предусматривает использование дополнительной обмотки, но подключается она последовательно с основной. Это позволяет при необходимости резко увеличить крутящий момент двигателя, к примеру, на старте движения железнодорожного состава.
3. Смешанная схема использует преимущества обоих способов подключения, описанных выше.

Биполярный электрический двигатель

Двигатели переменного тока

Главным отличием этих двигателей от описанных ранее моделей заключается в токе, протекающем по их обмотке. Он описывает по синусоидальному закону и постоянно меняет свое направление. Соответственно и питание этих двигателей осуществляется от генераторов со знакопеременной величиной.

Одним из главных конструктивных отличий является устройство статора, представляющего собой магнитопровод со специальными пазами для расположения витков обмотки.

Двигатели переменного тока классифицируют по принципу работы на синхронные и асинхронные. Коротко говоря, это означает, что в первых частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля в статоре, а во вторых – нет.

Настоятельно рекомендуем прочитать нашу статью об устройстве электродвигателей переменного тока.

Синхронные двигатели

В основе работы синхронных электродвигателей переменного тока тоже лежит принцип взаимодействия полей, возникающих внутри устройства, однако в их конструкции постоянные магниты закрепляются на роторе, а по статору проводится обмотка. Принцип их действия демонстрирует следующая схема:

Проводники обмотки, по которой проходит ток, показанные на рисунке в виде рамки. Вращение ротора происходит следующим образом:

1. На определенный момент времени ротор с закрепленным на нем постоянным магнитом находится в свободном вращении.
2. На обмотке в момент прохождения через нее положительной полуволны формируется магнитное поле с диаметрально противоположными полюсами Sст и Nст. Оно показано на левой части приведенной схемы.
3. Одноименные полюса постоянного магнита и магнитного поля статора отталкиваются друг от друга и приводят двигатель в положение, показанное на правой части схемы.

В реальных условиях для создания постоянного плавного вращения двигателя используется не одна катушка обмотки, а несколько. Они поочередно пропускают через себя ток, благодаря чему создается вращающееся магнитное поле.

Асинхронные двигатели

А асинхронном двигателе переменного тока вращающееся магнитное поле создается тремя (для сети 380 В) обмотками статора. Их подключение к источнику питания осуществляется через клеммную коробку, а охлаждение — вмонтированным в двигатель вентилятором.

Ротор, собранный из нескольких замкнутых между собой металлических стержней, жестко соединен с валом, составляя с ним одно целое. Именно из-за соединения стержней межу собой этот тип ротора называется короткозамкнутым. Благодаря отсутствию токопроводящих щеток в данной конструкции значительно упрощается техническое обслуживание двигателя, увеличивается срок службы и надежность. Главной причиной выхода из строя двигателей этого типа является износ подшипников вала.

Принцип работы асинхронного двигателя основывается на законе электромагнитной индукции – если частота вращения электромагнитного поля обмоток статора превышает частоту вращения ротора, в нем наводится электродвижущая сила. Это важно, поскольку при одинаковой частоте ЭДС не возникает и, соответственно, не возникает вращения. В действительности нагрузка на вал и сопротивление от трения подшипников всегда замедляет ротор и создает достаточные для работы условия.

Главным недостатком двигателей данного типа является невозможность получения постоянной частоты вращения вала. Дело в том, что рабочие характеристики устройства изменяются в зависимости от различных факторов. К примеру, без нагрузки на вал циркулярная пила вращается с максимальной скоростью. Когда мы подводим к пильному полотну доску и начинаем её резать, частота вращения диска заметно снижается. Соответственно, снижается и скорость вращения ротора относительно электромагнитного поля, что приводит к наведению еще большей ЭДС. Это увеличивает потребляемый ток и рабочая мощность мотора увеличивается до максимальной.

Принцип работы электрического мотора

Важно подбирать двигатель подходящей мощности – слишком низкая приведет к повреждению короткозамкнутого ротора из-за превышения расчетного максимума ЭДС, а слишком высокая приводит к необоснованным энергозатратам.

Асинхронные двигатели переменного тока рассчитаны на работу от трехфазной электрической сети, однако могут быть подключены и в однофазную сеть. Так, например, они используются в стиральных машинах и станках для домашних мастерских. Однофазный двигатель имеет примерно на 30% более низкую мощность, по сравнению с трехфазным – от 5 до 10 кВт.

Ввиду простоты исполнения и надежности асинхронные двигатели переменного тока наиболее распространены не только в производственном оборудовании, но и в бытовой технике.

Универсальные коллекторные двигатели

Во многих бытовых электроприборах необходимо наличие высокой скорости вращения двигателя и крутящего момента при малых пусковых токах и плавной регулировке. Всем этим требования удовлетворяют коллекторные двигатели, называемые универсальными. По своему устройству они очень похожи на двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Главным отличием от ДПТ является магнитная система, комплектуемая несколькими изолированными друг от друга листами электротехнической стали, к полюсам которых подсоединены по две секции обмотки. Такая конструкция снижает нагрев элементов токами Фуко и перемагничивание.

Высокая синхронность магнитных полей в универсальных коллекторных двигателях сохраняет высокую скорость вращения даже под большой нагрузкой на вал. Поэтому их используют в маломощном быстроходном оборудовании и домашней технике. При подключении в цепь регулируемого трансформатора появляется возможность плавной настройки частоты вращения.

Главный недостаток таких электромоторов заключается в низком моторесурсе, обусловленном быстрым стиранием графитовых щеток.

Как работает двигатель постоянного тока ?

? LiveJournal

• Main
• Top
• Interesting
• 235 ideas
• Your 2020 in LJ
• Disable ads

Login

• Login
• CREATE BLOG Join
• English (en)
  • English (en)
  • Русский (ru)
  • Українська (uk)
  • Français (fr)
  • Português (pt)
  • español (es)
  • Deutsch (de)
  • Italiano (it)
  • Беларуская (be)

Двигатель постоянного тока. Характеристики и регулирование

После предыдущего поста о мотор-редукторе мне пришло несколько вопросов по регулированию двигателя постоянного тока. Так что пора написать очередной пост 🙂

Двигатель постоянного тока (ДПТ) это один из самых привычных и понятных электродвигателей, он изучается даже в школе, на физике. Он используется практически везде, где нужен малогабаритный моторчик, а также не спешит сдавать своих позиций и там, где мощность измеряется десятками киловатт. О нем и поговорим.
 

▌Конструктив и базовый принцип
Не буду тут особо распинаться, покажу картинку из википедии и укажу ряд основных узлов. Все остальное вы и так знаете и трогали своими руками.
 

1. Статор состоит из источника магнитного поля. Далеко не всегда это постоянный магнит, более того, постоянный магнит это скорей исключение, чем правило. Обычно все же это обмотка возбуждения. По крайней мере на всем, что больше кулака по размерам.
 

2. Якорь состоит из обмотки якоря и коллекторного узла.
 

Работает все очень и очень просто. Обмотка якоря отталкивается от магнитного поля статора силой Ампера и совершает пол оборота, стремясь вывести эту силу на ноль и таки вывела бы если бы не коллектор, который ловко всех обламывает переключает полярность катушки и сила вновь становится максимальной. И так по кругу. Т.е. коллектор служит механическим инвертором напряжения в якоре. Запомните этот момент, он нам еще пригодится 🙂
 

Обычно в мелких моторчиках всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол
 

▌Происходящие в двигателе процессы
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.
 

▌Немного формул
Не буду грузить никого выводами, их найдете сами если захотите. Чтобы было поменьше матана рекомендую найти учебник по электроприводу для средних учебных заведений и годом выпуска подревней. От 50х-60х годов самое то 🙂 Там и картинки винтажные и расписано для вчерашнего выпускника сельской семилетки. Много букв и никакого грузилова, все четко и по делу.
 

Самая главная формула коллекторного двигателя постоянного тока:

U = Е + I_я*R_я

• U — напряжение подаваемое на якорь
• R_я — сопротивление якорной цепи. Обычно за этот символ считают только сопротивление обмотки, хотя можно снаружи навесить резистор какой и он к ней приплюсуется. Тогда пишут как (R_я+R_д)
• I_я — ток в якорной цепи. Тот самый который замеряется амперметром при попытке измерять потребление движка 🙂
• Е — это противоэдс или ЭДС генератора, в генераторном режиме. Она зависит от конструкции двигателя, оборотов и описывается вот такой вот простой формулой

Е = С_е * Ф * n

• C_e — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет 🙂
• Ф — поток возбуждения. Т.е. сила магнитного поля статора. В мелких моторчиках, где оно задается постоянным магнитом это тоже константа. Но бывает под возбуждение выведена отдельная обмотка и тогда мы можем ее менять.
• n — обороты якоря.

 

Ну и зависимость момента от тока и потока:

М = С_м * I_я * Ф

С_м — конструктивная констатнта.
 

Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента. Это может быть важно, например, чтобы не сломать привод, когда двигло может развить такое усилие, что легко поломает то, что оно там вращает. Особенно с редуктором.
 

Ну и из этого же следует, что момент у машины постоянного тока зависит только от способности источника снабжать его током. Так что идеальный нерушимый сверхпроводящий движок вам на раз лом в узел завяжет, пусть даже он сам с ноготок будет. Только энергию подавай.
 

А теперь смешаем все это в кучу и получим зависимость оборотов от момента — механическую характеристику двигателя.
 

 

Если ее построить, то будет нечто следующее:
 

 

n₀ — это обороты идеального холостого хода сферического двигателя в вакууме. Т.е. когда наш движок ну ваще халявит, момент равен нулю. Ток потребления тоже, естественно, ноль. Т.к. противоэдс равна напряжению. Чисто теоретический вариант. А вторая точка строится уже с каким-либо моментом на валу. Получается прямая зависимость оборотов от момента. А наклон характеристики определяется сопротивлением якорной цепи. Если никаких добавочных резисторов там нет, то это зовут естественной характеристикой.
 

Обороты идеального холостого хода зависят от напряжения и потока. Больше ни от чего. А если поток константа (постоянный магнит), то только от напряжения. Снижая напряжение вся наша характеристика параллельно смещается вниз. Уменьшили напряжение в два раза — скорость упала в два раза.
 

Если есть возможность менять поток возбуждения, то можно поднимать скорость выше номинальной. Тут зависимость обратная. Ослабляем поток — двигатель разгоняется, но либо падает момент, либо ему надо жрать больше тока.
 

Иной двигатель со снятием возбуждения может и в разнос пойти. Помнится сдавал я затянувшийся курсач по электроприводу, уже хрен знает спустя сколько времени после сессии. Вломы мне его делать было, ага 🙂 Ну и сидел в лаборатории, ждал препода. А там какие то балбесы, на курс ниже, лабу делали. Крутили движок вхолостую, а возбуждение к стенду приверчено было на соплях и слетело с клеммы. Движок в разнос пошел. У нас в лаборатории ЭПА ЮУРГУ все серьезно было, машины стояли нешуточные, по десятку киловатт и под сотню другую кг каждый. Все на суровом напряжении в 380 вольт.
В общем, когда эта дура взревела как монстр и стала рваться с креплений, я только и успел крикнуть, что все нахер от машины, вырубай к черту. Не успели, двигло сорвало с креплений, обмотка повылетала с пазов и движку пришел кирдык. Ладно никого не покалечило.
Впрочем, лабы привода это то еще развлечение было. У нас там и горело и взрывалось. Там я приобрел замечательные навыки чинить что угодно, чем угодно в сжатые сроки. В среднем, каждый успел по разу убить стенд наглухо, а лаба часто начиналась с починки паяльника, которым чинили осциллограф с помощью которого реанимировали убитый стенд.
 

Добавляя резисторы в якорную цепь мы можем увеличить наклон, т.е. чем больше грузим тем больше падает скорость.

Метод плох тем, что резисторы в цепи якоря должны быть расчитаны на ток двигателя, т.е. быть мощными и будут греться зря. Ну и момент резко падает, что плохо.
 

Есть еще двигатели не независимого, а последовательного возбуждения. Это когда обмотка статора включена последовательно якорю. Не каждый двигатель так можно включить, обмотка возбуждения должна выдерживать ток якоря. Но у них возникает одно интересное свойство. При пуске возникает большой пусковой ток и этот пусковой ток является же током возбуждения, обеспечивая огромный пусковой момент. Механическая характеристика напоминает гиперболу с максимумом в районе нулевых оборотов.
 

А дальше, по мере разгона, момент падает, а обороты наоборот растут. И если нагрузку убрать с вала, то движок сразу же уходит в разнос. Такие движки ставят на тягловый привод в основном. По крайней мере ставили раньше, до развития силовой электроники. С места эта хрень рвет так, что все стритсракеры нервно закуривают.
 

▌Режимы работы двигателя постоянного тока
Направление вращения движка зависит от направления тока якоря или направления потока возбуждения. Так что если взять коллекторный двигатель и подключить обмотку возбуждения параллельно якорю, то он будет прекрасно вращаться и на переменном токе (универсальные двигатели, их в кухонную технику часто ставят). Т.к. ток будет одновременно меняться и в якоре и в возбуждении. Момент правда будет пульсирующим, но это мелочи. А для реверса там надо будет поменять полярность включения якоря или возбуждения.
 

Если нарисовать механическую характеристику в четырех квадрантах, то у нас будет нечто похожее на это:
 

 

Вот, например, характеристика 1 на I участке у нас машина работает как двигатель. Нагрузка растет и в определенный момент двигатель останавливается и начинает вращаться в обратную сторону, т.е. нагрузка обращает его вспять. Это тормозной режим, противовключение. Режим очень тяжелый, двигло греется просто зверски, но для торможения очень эффективный. Если же момент на валу сменит направление и пойдет вращать навстречу движку, то мотор сразу же выйдет на генерацию (IV участок).
 

Характеристика 2 это то же самое, только с обратной полярностью питающего напряжения двигателя.
 

А характеристика 3 это динамическое торможение. Оно же реостатное. Т.е. когда мы берем и просто коротим наш двигатель на резистор или сам на себя. Можете сами проверить, возьмите любой моторчик и покрутите его, а потом закоротите ему якорь и покрутите снова. На валу будет ощутимое усилие, тем больше, чем качественнее движок.
 

Кстати, драйвера двигателей вроде L293 или L297 имеют возможность включить реостатное торможение, подачей обоих ключей вверх или вниз. При этом якорь коротится через драйвер на шину земли или питания.
 

▌Бесколлекторные двигатели постоянного тока
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 говна 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.
 

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.

Двигатель постоянного тока

— Основы, конструкция, типы и применение

Практически каждое механическое усовершенствование, которое мы видим вокруг себя, достигается с помощью электродвигателя. Электрические машины — это способ преобразования энергии. Двигатели потребляют электрическую энергию и производят механическую энергию. Электродвигатели используются для питания сотен устройств, которые мы используем в повседневной жизни. Электродвигатели в целом подразделяются на две разные категории: двигатели постоянного тока (DC) и двигатели переменного тока (AC).В этой статье мы собираемся обсудить двигатель постоянного тока и его работу. А также как работают редукторные двигатели постоянного тока.

Что такое двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока — это электродвигатель, работающий от постоянного тока. В электродвигателе работа зависит от простого электромагнетизма. Проводник с током генерирует магнитное поле, когда его помещают во внешнее магнитное поле, он сталкивается с силой, пропорциональной току в проводнике и силе внешнего магнитного поля.Это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Он работает на том факте, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает силу, которая заставляет его вращаться относительно исходного положения. Практический двигатель постоянного тока состоит из обмоток возбуждения, обеспечивающих магнитный поток, и якоря, который действует как проводник.

Работа бесщеточных двигателей постоянного тока

На вход бесщеточного двигателя постоянного тока подается ток / напряжение, а на выходе — крутящий момент. Понять работу двигателя постоянного тока очень просто из базовой схемы, показанной ниже.Двигатель постоянного тока в основном состоит из двух основных частей. Вращающаяся часть называется ротором, а неподвижная часть также называется статором. Ротор вращается относительно статора.

Ротор состоит из обмоток, причем обмотки электрически связаны с коммутатором. Геометрия щеток, контактов коммутатора и обмоток ротора такова, что при подаче питания полярности обмотки под напряжением и магнитов статора смещены, и ротор будет вращаться до тех пор, пока он не будет почти выпрямлен с помощью полевых магнитов статора.

Когда ротор выравнивается, щетки перемещаются к следующим контактам коммутатора и включают следующую обмотку. Вращение меняет направление тока через обмотку ротора, вызывая переворот магнитного поля ротора, заставляя его продолжать вращаться.

Конструкция двигателя постоянного тока

Конструкция двигателя постоянного тока показана ниже. Очень важно знать его конструкцию, прежде чем узнавать, что она работает. Важнейшими частями этого двигателя являются якорь и статор.

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Катушка якоря — это вращающаяся часть, а неподвижная часть — это статор. В этом случае катушка якоря подключена к источнику постоянного тока, который включает в себя щетки, а также коммутаторы. Основная функция коммутатора — преобразовывать переменный ток в постоянный, индуцируемый в якоре. Подача тока может быть обеспечена с помощью щетки от вращающейся части двигателя к неактивной внешней нагрузке. Расположение якоря может быть выполнено между двумя полюсами электромагнита или постоянным.

Детали двигателя постоянного тока

В двигателях постоянного тока существуют различные популярные конструкции двигателей, такие как бесщеточные двигатели с постоянным магнитом, серийные, с составной обмоткой, шунтирующие или стабилизированные шунты. В целом, части двигателя постоянного тока в этих популярных конструкциях одинаковы, но вся работа этого двигателя одинакова. Основные части двигателя постоянного тока включают следующее.

Статор

Стационарная часть, такая как статор, является одной из частей двигателя постоянного тока, которая включает в себя обмотки возбуждения.Основная функция этого — получить запас.

Ротор

Ротор — это динамическая часть двигателя, которая используется для создания механических оборотов устройства.

Щетки

Щетки, в которых используется коммутатор, в основном работают как мост для фиксации неподвижной электрической цепи по направлению к ротору.

Коммутатор

Это разъемное кольцо с медными сегментами. Это также одна из самых важных частей двигателя постоянного тока.

Обмотки возбуждения

Эти обмотки выполнены с обмотками возбуждения, которые известны как медные провода.Эти обмотки охватывают примерно прорези полюсных наконечников.

Обмотки якоря

Эти обмотки в двигателе постоянного тока имеют два типа конструкции, например Lap и Wave.

Ярмо

Магнитная рама, такая как ярмо, иногда изготавливается из чугуна или стали. Работает как охранник.

Полюса

Полюса двигателя состоят из двух основных частей, таких как сердечник полюса и полюсные наконечники. Эти важные части соединены вместе гидравлической силой и соединены с вилкой.

Зубья / паз

Непроводящие вкладыши паза часто застревают между стенками паза, а также катушками для защиты от царапин, механической поддержки и дополнительной электроизоляции. Магнитный материал между пазами называется зубцами.

Корпус двигателя

Корпус двигателя поддерживает щетки, подшипники и железный сердечник.

Принцип работы

Электрическая машина, которая используется для преобразования энергии из электрической в ​​механическую, известна как двигатель постоянного тока.Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в том, что когда проводник с током находится в магнитном поле, он испытывает механическую силу. Это направление силы может быть определено с помощью правила левой руки Флемминга, а также ее величины.

Если первый палец вытянут, второй палец, а также большой палец левой руки будут вертикальны друг к другу, и основной палец указывает направление магнитного поля, следующий палец означает текущее направление, а большой палец, похожий на третий. обозначает направление силы, которое испытывается через проводник.

F = BIL Ньютоны

Где

‘B’ — плотность магнитного потока,

‘I’ — ток

‘L’ — длина проводника в магнитном поле.

Всякий раз, когда обмотка якоря подводится к источнику постоянного тока, в обмотке устанавливается ток. Обмотка возбуждения или постоянные магниты создают магнитное поле. Итак, проводники якоря будут испытывать силу из-за магнитного поля, основанного на вышеуказанном принципе.
Коммутатор спроектирован как секции для достижения однонаправленного крутящего момента, иначе путь силы перевернулся бы каждый раз, как только путь движения проводника перевернется в магнитном поле. Итак, это принцип работы двигателя постоянного тока.

Типы двигателей постоянного тока

Различные типы двигателей постоянного тока рассматриваются ниже.

Редукторные двигатели постоянного тока

Редукторные двигатели имеют тенденцию снижать скорость двигателя, но с соответствующим увеличением крутящего момента.Это свойство пригодится, поскольку двигатели постоянного тока могут вращаться со скоростью, слишком высокой для электронного устройства. Мотор-редукторы обычно состоят из щеточного двигателя постоянного тока и редуктора, прикрепленного к валу. Двигатели различаются как приводные от двух соединенных между собой агрегатов. Он имеет множество приложений из-за затрат на проектирование, упрощение и создание таких приложений, как промышленное оборудование, приводы, медицинские инструменты и робототехника.

• Ни один хороший робот не может быть построен без шестеренок.Учитывая все обстоятельства, очень важно хорошее понимание того, как шестерни влияют на такие параметры, как крутящий момент и скорость.
• Шестерни работают по принципу механического преимущества. Это означает, что, используя разные диаметры шестерен, мы можем менять скорость вращения и крутящий момент. Роботы не имеют желаемого отношения скорости к крутящему моменту.
• В робототехнике крутящий момент лучше скорости. С помощью шестерен можно менять высокую скорость на лучший крутящий момент. Увеличение крутящего момента обратно пропорционально снижению скорости.

Редукторные двигатели постоянного тока

Понижение скорости редукторного двигателя постоянного тока

Понижение скорости в шестернях состоит из того, что маленькая шестерня приводит в движение большую шестерню. В редукторе может быть несколько комплектов этих редукторов.

Снижение скорости мотор-редуктора постоянного тока

Иногда целью использования мотор-редуктора является снижение скорости вращения вала двигателя в приводимом устройстве, например, в небольших электрических часах, где крошечный синхронный двигатель может вращаться со скоростью 1200 об / мин. однако его значение уменьшено до одного об / мин, чтобы вращать секундную стрелку, и дополнительно уменьшено в часовом механизме, чтобы вращать минутную и часовую стрелки.Здесь величина движущей силы не имеет значения, пока ее достаточно для преодоления фрикционных ударов часового механизма.

Двигатель постоянного тока серии

Двигатель серии

А представляет собой двигатель постоянного тока, в котором обмотка возбуждения внутри последовательно соединена с обмоткой якоря. Серийный двигатель обеспечивает высокий пусковой крутящий момент, но никогда не должен работать без нагрузки и способен перемещать очень большие нагрузки на валу при первом включении. Серийные двигатели также известны как двигатели с последовательной обмоткой.

В последовательных двигателях обмотки возбуждения последовательно соединены с якорем.Напряженность поля меняется с увеличением тока якоря. Когда его скорость снижается из-за нагрузки, серийный двигатель развивает более высокий крутящий момент. Его пусковой момент больше, чем у других двигателей постоянного тока.

Он также может легче излучать тепло, накопившееся в обмотке из-за большого количества протекающего тока. Его скорость значительно меняется между полной и нулевой нагрузкой. Когда нагрузка снимается, скорость двигателя увеличивается, а ток через якорь и катушки возбуждения уменьшается.Работа больших машин без нагрузки опасна. Двигатель серии

Ток через якорь и катушки возбуждения уменьшается, сила силовых линий вокруг них ослабевает. Если бы сила магнитных линий вокруг катушек уменьшалась с той же скоростью, что и ток, протекающий через них, то обе будут уменьшаться с той же скоростью при

, что увеличивает скорость двигателя.

Преимущества

Преимущества серийного двигателя заключаются в следующем.

• Огромный пусковой крутящий момент
• Простая конструкция
• Легко конструировать
• Легко обслуживать
• Экономически выгодно

Применения

Двигатели серии

могут создавать огромную мощность вращения, крутящий момент уже в состоянии покоя.Эта характеристика делает серийные двигатели подходящими для небольших электроприборов, универсального электрического оборудования и т. Д. Серийные двигатели не подходят, когда требуется постоянная скорость. Причина в том, что скорость серийных двигателей сильно меняется в зависимости от нагрузки.

Шунтирующий двигатель

Шунтирующий двигатель — это шунтирующий двигатель постоянного тока, в котором обмотки возбуждения шунтированы или подключены параллельно обмотке якоря двигателя. Шунтирующий двигатель постоянного тока обычно используется из-за его наилучшего регулирования скорости.Также, следовательно, как обмотка якоря, так и обмотки возбуждения находятся под одним и тем же напряжением питания, однако существуют дискретные ветви для потока тока якоря и тока возбуждения.

Параллельный двигатель имеет несколько отличительных рабочих характеристик от серийного двигателя. Поскольку катушка шунтирующего возбуждения сделана из тонкой проволоки, она не может производить большой ток для запуска, как последовательное поле. Это означает, что параллельный двигатель имеет чрезвычайно низкий пусковой крутящий момент, что требует, чтобы нагрузка на вал была довольно небольшой.

Шунтирующий двигатель

Когда на шунтирующий двигатель подается напряжение, через шунтирующую катушку протекает очень небольшой ток. Якорь шунтирующего двигателя аналогичен серийному двигателю, и он потребляет ток для создания сильного магнитного поля. Из-за взаимодействия магнитного поля вокруг якоря и поля, создаваемого вокруг шунтирующего поля, двигатель начинает вращаться.

Как и в серийном двигателе, когда якорь начинает вращаться, он производит обратную ЭДС. Обратная ЭДС приведет к тому, что ток в якоре начнет уменьшаться до очень небольшого уровня.Величина тока, потребляемого якорем, напрямую зависит от размера нагрузки, когда двигатель достигает полной скорости. Поскольку нагрузка обычно мала, ток якоря будет небольшим.

Преимущества

К преимуществам параллельного двигателя относятся следующие.

• Простое управление, обеспечивающее высокий уровень гибкости для решения сложных проблем привода
• Высокая доступность, поэтому требуются минимальные усилия по обслуживанию
• Высокий уровень электромагнитной совместимости
• Очень плавный ход, поэтому низкая механическая нагрузка на всю систему и высокодинамичные процессы управления
• Широкий диапазон регулирования и низкие скорости, поэтому универсальное применение

Приложения

Шунтовые двигатели постоянного тока очень подходят для приложений с ременным приводом.Этот двигатель с постоянной скоростью используется в промышленных и автомобильных приложениях, таких как станки и намоточные / разматывающие машины, где требуется высокая точность крутящего момента.

Составные двигатели постоянного тока

Составные двигатели постоянного тока включают в себя отдельно возбуждаемое шунтирующее поле, которое имеет отличный пусковой момент, однако он сталкивается с проблемами в приложениях с переменной скоростью. Поле в этих двигателях может быть подключено последовательно через якорь, а также через шунтирующее поле, которое возбуждается отдельно.Последовательное поле обеспечивает превосходный пусковой момент, тогда как шунтирующее поле обеспечивает улучшенное регулирование скорости. Но последовательное поле вызывает проблемы с управлением в приводах с регулируемой скоростью и обычно не используется в 4-квадрантных приводах.

с отдельным возбуждением

Как следует из названия, обмотки возбуждения, в противном случае катушки получают питание от отдельного источника постоянного тока. Уникальность этих двигателей заключается в том, что ток якоря не проходит через обмотки возбуждения, поскольку обмотка возбуждения усилена от отдельного внешнего источника постоянного тока.Уравнение крутящего момента двигателя постоянного тока: Tg = Ka φ Ia. В этом случае крутящий момент изменяется путем изменения магнитного потока поля «φ» & независимо от тока якоря «Ia».

Самовозбуждающийся

Как следует из названия, в этом типе двигателя ток внутри обмоток может подаваться через двигатель, в противном случае — через сам механизм. Кроме того, этот двигатель разделен на двигатель с последовательной обмоткой и двигатель с параллельной обмоткой.

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом или с постоянным магнитом имеет обмотку якоря.Эти двигатели сконструированы с постоянными магнитами, размещенными на внутренней стороне сердечника статора для генерации магнитного потока. С другой стороны, ротор включает в себя обычную якорь постоянного тока, включая щетки и сегменты коммутатора.

В двигателе постоянного тока с постоянными магнитами магнитное поле может быть сформировано с помощью постоянного магнита. Таким образом, входной ток не используется для возбуждения, которое используется в кондиционерах, дворниках, автомобильных стартерах и т.д.

Подключение двигателя постоянного тока к микроконтроллеру

Микроконтроллеры не могут управлять двигателями напрямую.Итак, нам нужен какой-то драйвер для управления скоростью и направлением двигателей. Драйверы двигателей будут действовать как устройства взаимодействия между микроконтроллерами и двигателями. Драйверы двигателей будут действовать как усилители тока, поскольку они принимают управляющий сигнал низкого тока и обеспечивают сигнал высокого тока. Этот сильноточный сигнал используется для привода двигателей. Использование микросхемы L293D — простой способ управления двигателем с помощью микроконтроллера. Он содержит внутри две схемы драйвера H-моста.

Эта микросхема предназначена для управления двумя моторами.L293D имеет два набора устройств, где 1 набор имеет вход 1, вход 2, выход 1, выход 2 с контактом разрешения, а другой набор имеет вход 3, вход 4, выход 3, выход 4 с другим контактом разрешения. Вот видео, относящееся к L293D

Вот пример двигателя постоянного тока, который сопряжен с микроконтроллером L293D. Двигатель постоянного тока сопряжен с микроконтроллером L293D

L293D имеет два набора устройств, где один набор имеет вход 1, вход 2, выход 1, и выход 2, а другой набор имеет вход 3, вход 4, выход 3 и выход 4, согласно приведенной выше диаграмме,

• Если контакты № 2 и 7 имеют высокий уровень, то контакты № 3 и 6 также имеют высокий уровень.Если разрешение 1 и штифт 2 высокие, а штифт 7 низкий, то двигатель вращается в прямом направлении.
• Если разрешение 1 и штифт 7 высокие, а штифт 2 низкий, то двигатель вращается в обратном направлении.

Сегодня двигатели постоянного тока все еще используются во многих областях, таких как игрушки и дисководы, или в больших размерах для работы сталепрокатных станов и бумагоделательных машин.

Уравнения двигателя постоянного тока

Величина испытываемого магнитного потока составляет

F = BlI

Где, B- Плотность потока, создаваемого обмотками возбуждения

l- Активная длина проводника

I-Ток, проходящий через проводник

При вращении проводника индуцируется ЭДС, действующая в направлении, противоположном подаваемому напряжению.Он задается как

Где, Ø- Fluz из-за обмоток возбуждения

P- Количество полюсов

AA постоянная

N — Скорость двигателя

Z- Количество проводников

Напряжение питания, V = E _b + I _a R _a

Развиваемый крутящий момент равен

Таким образом, крутящий момент прямо пропорционален току якоря.

Кроме того, скорость зависит от тока якоря, следовательно, крутящий момент и скорость двигателя косвенно зависят друг от друга.

Для параллельного двигателя постоянного тока скорость остается почти постоянной, даже если крутящий момент увеличивается от холостого хода до полной нагрузки.

Для двигателя постоянного тока скорость уменьшается по мере увеличения крутящего момента от холостого хода до полной нагрузки.

Таким образом, крутящим моментом можно управлять, изменяя скорость. Управление скоростью достигается либо

• Изменением магнитного потока путем управления током через обмотку возбуждения — метод управления потоком. С помощью этого метода скорость регулируется выше номинальной.
• Контроль напряжения якоря — Обеспечивает контроль скорости ниже нормальной.
• Контроль напряжения питания — Обеспечивает контроль скорости в обоих направлениях.

Работа в 4 квадрантах

Обычно двигатель может работать в 4 различных регионах. Четырехквадрантный режим работы двигателя постоянного тока включает в себя следующее.

• Как двигатель, вращающийся вперед или по часовой стрелке.
• Как генератор в прямом направлении.
• Как двигатель в обратном или против часовой стрелки.
• Как генератор в обратном направлении.

Работа двигателя постоянного тока в 4 квадранте

• В первом квадранте двигатель перемещает нагрузку со скоростью и крутящим моментом в положительном направлении.
• Во втором квадранте направление крутящего момента меняется на противоположное, и двигатель действует как генератор.
• В третьем квадранте двигатель перемещает нагрузку со скоростью и крутящим моментом в отрицательном направлении.
• В квадранте 4 ^-го двигатель работает как генератор в реверсивном режиме.
• В первом и третьем квадранте двигатель работает как в прямом, так и в обратном направлении.Например, двигатели в кранах, чтобы поднимать груз, а также опускать его.

Во втором и четвертом квадранте двигатель действует как генератор в прямом и обратном направлениях соответственно, и возвращает энергию источнику питания. Таким образом, способ управления работой двигателя, чтобы заставить его работать в любом из 4-х квадрантов, заключается в управлении его скоростью и направлением вращения.

Скорость регулируется либо изменением напряжения якоря, либо ослаблением поля. Направление крутящего момента или направление вращения регулируется путем изменения степени, в которой приложенное напряжение больше или меньше обратной ЭДС.

Общие неисправности в двигателях постоянного тока

Важно знать, а также понимать отказы и неисправности двигателя, чтобы описать наиболее подходящие устройства безопасности для каждого случая. Существует три типа отказов двигателя: механические, электрические и механические, которые перерастают в электрические. К наиболее частым отказам относятся следующие:

• Нарушение изоляции
• Перегрев
• Перегрузки
• Отказ подшипника
• Вибрация
• Заблокированный ротор
• Несоосность вала
• Обратный ход
• Дисбаланс фаз

К наиболее распространенным неисправностям, возникающим в двигателях переменного тока и двигателей постоянного тока, относятся следующие.

• Когда двигатель установлен неправильно
• Когда двигатель заблокирован из-за грязи
• Когда двигатель содержит воду
• Когда двигатель перегревается

Двигатель постоянного тока 12 В

Двигатель постоянного тока 12 В недорогой, маленький а также мощный, который используется в нескольких приложениях. Выбор подходящего двигателя постоянного тока для конкретного применения — сложная задача, поэтому очень важно работать с конкретной компанией. Лучшим примером этих двигателей является METMotors, поскольку они производят высококачественные двигатели PMDC (постоянный магнит постоянного тока) уже более 45 лет.

Как выбрать правильный мотор?

С помощью METmotors можно очень легко выбрать двигатель постоянного тока 12 В, потому что профессионалы этой компании сначала изучат ваше правильное применение, а затем рассмотрят многочисленные характеристики, а также спецификации, чтобы гарантировать, что вы получите наилучший продукт.
Рабочее напряжение — одна из характеристик этого двигателя.

Когда двигатель приводится в действие батареями, обычно выбираются низкие рабочие напряжения, поскольку для получения определенного напряжения требуется меньше элементов.Но при высоких напряжениях двигатель постоянного тока обычно более эффективен. Несмотря на то, что его работа достижима при напряжении 1,5 В до 100 В. Наиболее часто используемые двигатели — 6v, 12v и 24v. Другие основные характеристики этого двигателя — скорость, рабочий ток, мощность и крутящий момент.

Двигатели 12 В постоянного тока идеально подходят для различных применений благодаря источнику постоянного тока, требующему рабочего крутящего момента, а также высокого пускового напряжения. Эти двигатели работают на меньших скоростях по сравнению с двигателями с другими напряжениями.
Характеристики этого двигателя в основном различаются в зависимости от компании-производителя и области применения.

• Скорость двигателя от 350 до 5000 об / мин
• Номинальный крутящий момент этого двигателя находится в диапазоне от 1,1 до 12,0 дюйм-фунтов
• Выходная мощность этого двигателя составляет от 01 л.с. до 21 л.с.
• Размеры рамы 60 мм, 80 мм, 108 мм
• Сменные щетки
• Типичный срок службы щетки составляет 2000+ часов

Противо-ЭДС в двигателе постоянного тока

Как только токопроводящий проводник находится в магнитном поле, крутящий момент будет наведен на проводник и крутящий момент будет вращать проводник, который разрезает поток магнитного поля.Основано на явлении электромагнитной индукции, когда проводник разрезает магнитное поле, а затем внутри проводника возникает ЭДС.

Направление наведенной ЭДС можно определить с помощью правила правой руки Флемминга. Согласно этому правилу, если мы сжимаем большой палец, указательный и центральный палец под углом 90 °, после этого указательный палец будет обозначать направление магнитного поля. Здесь большой палец представляет способ движения проводника, а средний палец обозначает наведенную ЭДС над проводником.

Применяя правило правой руки Флемминга, мы можем заметить, что направление индуцированной ЭДС противоположно приложенному напряжению. Таким образом, ЭДС называется обратной или встречной ЭДС. Развитие обратной ЭДС может происходить последовательно за счет приложенного напряжения, но в обратном направлении, то есть обратная ЭДС сопротивляется протеканию тока, который ее вызывает.

Величину обратной ЭДС можно выразить подобным выражением, как показано ниже.

Eb = NP ϕZ / 60A

Где

«Eb» — ЭДС, наведенная двигателем, называемая обратной ЭДС.

«A» — это номер.параллельных дорожек по всей арматуре среди щеток обратной полярности

«P» — № количество полюсов

«N» — скорость

«Z» — полное число проводников внутри якоря

«ϕ» — полезный поток для каждого полюса.

В приведенной выше схеме величина обратной ЭДС всегда мала по сравнению с приложенным напряжением. Несоответствие между ними почти равнозначно, если двигатель постоянного тока работает в обычных условиях. Ток будет индуцироваться в двигателе постоянного тока из-за основного источника питания.Соотношение между основным питанием, противо-ЭДС и током якоря можно выразить как Eb = V — IaRa.

Приложение для управления работой двигателя постоянного тока в 4-х квадрантах

Управление работой двигателя постоянного тока в 4-х квадрантах может быть достигнуто с помощью микроконтроллера, сопряженного с 7 переключателями.

4-х квадрантное управление

Случай 1: При нажатии переключателя пуска и по часовой стрелке логика микроконтроллера выдает на выходе низкий логический уровень на контакт 7 и высокий логический уровень на контакт 2, заставляя двигатель вращаться по часовой стрелке и работать в 1 ^{-й квадрант} .Скорость двигателя можно изменять, нажимая переключатель PWM, вызывая приложение импульсов различной длительности к разрешающему выводу микросхемы драйвера, таким образом изменяя приложенное напряжение.

Случай 2: Когда нажат передний тормоз, логика микроконтроллера применяет низкий логический уровень к выводу 7 и высокий логический уровень к выводу 2, и двигатель стремится работать в обратном направлении, заставляя его немедленно останавливаться.

Аналогичным образом нажатие переключателя против часовой стрелки заставляет двигатель двигаться в обратном направлении, т.е.е. работают в квадранте 3 ^rd , и нажатие на переключатель тормоза заднего хода приводит к мгновенной остановке двигателя.

Таким образом, правильным программированием микроконтроллера и переключателями можно управлять работой двигателя в каждом направлении.

Итак, это все о двигателе постоянного тока. Преимущества двигателя постоянного тока заключаются в том, что они обеспечивают превосходное управление скоростью для ускорения и замедления, простую для понимания конструкцию и простую и дешевую конструкцию привода.Вот вам вопрос, каковы недостатки двигателя постоянного тока?

Фото:

Поставщики малых электродвигателей постоянного тока и услуги по индивидуальному проектированию

Специалисты по изготовлению малых электродвигателей постоянного тока на заказ

Электродвигатели

постоянного или постоянного тока используются в широком диапазоне применений. С 1986 года Power Electric помогала клиентам создавать, проектировать и разрабатывать небольшие электродвигатели постоянного тока для широкого спектра коммерческих применений. У нас есть знания и ресурсы, необходимые, чтобы помочь вам найти лучший двигатель для вашего OEM-приложения и бюджета.

Почему стоит выбрать Power Electric для небольших электродвигателей постоянного тока?

В Power Electric мы понимаем, что у вас есть много вариантов при приобретении небольших электродвигателей постоянного тока. Мы также понимаем, что выбор лучшего поставщика для вашего проекта может оказаться сложной задачей. Наши клиенты выбирают нас по многим причинам, в том числе:

• Наше обязательство: Мы стремимся помочь вам в поиске, покупке и обслуживании небольших электродвигателей постоянного тока, которые соответствуют всем вашим требованиям.Однако наши услуги не заканчиваются. Мы стремимся стать партнером, на которого вы можете положиться во всех своих потребностях в области электродвигателей.
• Наши знания: Выбрать идеальный двигатель для уникального применения и бюджета не так просто, как выбрать его с полки или заказать через Интернет. Наши специалисты по электродвигателям готовы помочь вам определить все требования для вашего конкретного применения и наиболее подходящие варианты электродвигателей для их удовлетворения.
• Наше качество: Мы соблюдаем строгие стандарты качества и работаем только с производителями, которые неукоснительно им соблюдают.Когда вы приобретаете двигатели через нас, вы можете быть уверены, что они выдержат испытание временем и вы получите поддержку, если у вас возникнут проблемы.
• Наша сеть: Мы поддерживаем обширную сеть производителей по всему миру. Это позволяет нам использовать двигатели постоянного тока для широкого спектра коммерческих применений, включая оборудование для производства продуктов питания и напитков, автоматические устройства открывания дверей, медицинское оборудование, промышленное оборудование и многое другое.
• Наша логистическая поддержка: Быстрая и экономичная доставка двигателей в нужное время и в нужном месте имеет решающее значение для успеха любого проекта.Наша опытная команда работает напрямую с вами, чтобы помочь в управлении логистикой поиска поставщиков, управлением запасами и доставкой в ​​соответствии с вашими конкретными прогнозами и графиками производства.

Работая с Power Electric, вы можете быть уверены, что получите подробные советы, персональное внимание и рекомендации экспертов, необходимые для решения ваших задач по электродвигателю постоянного тока.

0,8–180 В постоянного тока

Диаметр от 6 мм до 8 дюймов

Субфракционное до 3 л.с.

Несколько вариантов щетки, магнита и проволоки

Как выбрать электродвигатель: двигатели постоянного тока

»

×

Отправить предложение

Избранные товары

Имя* Название компании* Состояние* Телефон* Эл. адрес* Как вы о нас узнали?* Est. единиц / год Комментарии

* Поля, обязательные для заполнения

продолжить поиск

• Продукты
  • Продукты

Электродвигатели — Двигатели переменного тока — Двигатели постоянного тока

Электрический моторы разных размеров.

An Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическое движение. Обратная задача — преобразование механического движения в электрическая энергия осуществляется генератором или динамо-машиной. Во многих случаях два устройства различаются только своим применением и незначительной конструкцией. Детали.

Мост электродвигатели работают за счет электромагнетизма, но электродвигатели на основе других электромеханических явлений, таких как электростатические силы и пьезоэлектрический эффект, тоже существуют.Фундаментальный принцип, на котором основаны электромагнитные двигатели в том, что на любой провод действует механическая сила когда он проводит электричество, находясь в магнитном поле. В сила описывается законом силы Лоренца и равна перпендикулярно как проводу, так и магнитному полю. В роторном двигателе есть это вращающийся элемент, ротор. Ротор вращается, потому что провода и магнитные поля расположены так, что вокруг оси ротора создается крутящий момент.

Мост Магнитные двигатели бывают роторными, но существуют и линейные типы. В роторном двигателе вращающаяся часть (обычно с внутренней стороны) называется ротором, а неподвижная часть — называется статор. Двигатель содержит электромагниты, которые намотана на раму. Хотя эту раму часто называют арматурой, этот термин часто ошибочно применен. Правильно, якорь — это часть двигателя поперек на которое подается входное напряжение или эта часть генератора, на котором генерируется выходное напряжение.В зависимости от Конструкция машины: ротор или статор могут служить якорем.

Комплекты для изготовления очень простых двигателей используются во многих школах. См. Комплекты двигателей Westminster.

постоянного тока моторы

Один из первые электромагнитные роторные двигатели, если не первые, были изобретены Майклом Фарадеем в 1821 году и состояли из свободно висящий провод, погружающийся в лужу ртути. Постоянный магнит был помещен посреди бассейна.Когда ток прошел Проволока вращалась вокруг магнита, показывая, что ток вызывает круговое магнитное поле вокруг проволоки. Этот мотор часто демонстрируют в школьных уроках физики, но иногда вместо токсичной ртути. Это простейшая форма класса электродвигателей. называется униполярным моторы.

современный двигатель постоянного тока был изобретен случайно в 1873 году, когда Знобе Грамм соединил вращающуюся динамо-машину со вторым аналогичным устройством, ездил на нем как на моторе.

классический двигатель постоянного тока имеет вращающийся якорь в виде двухполюсного электромагнита. Поворотный переключатель называется коммутатор меняет местами направление электрического тока дважды за цикл, чтобы протекать через якорь так, чтобы полюса электромагнита давили и тянули к постоянным магнитам снаружи мотора. Поскольку полюса электромагнита якоря проходят через полюсов постоянных магнитов коммутатор меняет полярность якоря электромагнит.В этот момент переключения полярности инерция сохраняет классический двигатель. иду в правильном направлении. (См. Схемы ниже.)

А простой электродвигатель постоянного тока. Когда катушка запитана, создается магнитное поле. вокруг арматуры. Левая часть якоря отодвинута от левой магнит и тянут вправо, вызывая вращение. В якорь продолжает вращаться. когда якорь выравнивается по горизонтали, коммутатор меняет направление тока через катушку, обращая магнитное поле.Затем процесс повторяется.

DC скорость двигателя обычно зависит от комбинации протекающего напряжения и тока. в обмотках двигателя и нагрузке двигателя или тормозном моменте. Скорость мотора пропорционален напряжению, а крутящий момент пропорционален току. Скорость обычно регулируется путем изменения напряжения или тока с помощью отводов в обмотках двигателя или от источника переменного напряжения.

Как этот тип двигателя может развивать довольно высокий крутящий момент на низкой скорости, он часто используется в тяговых приложениях, таких как локомотивы.

Однако, Классический дизайн имеет ряд ограничений, многие из которых связаны с необходимостью чтобы щетки трулись о коммутатор. Трение создает трение, и чем выше скорость, тем сильнее приходится нажимать на щетки для поддержания хорошего контакта. Это трение не только делает двигатель шумным, но и создает верхнюю ограничивает скорость и приводит к тому, что щетки со временем изнашиваются и требуют замена. Неидеальный электрический контакт также вызывает электрические помехи в прилагаемая схема.Эти проблемы исчезают, если вывернуть мотор наизнанку, постоянные магниты внутри и катушки снаружи, таким образом создавая отпадает необходимость в кистях в бесщеточном дизайн. Однако такие конструкции нуждаются в электронных схемах для управления переключением. электромагнитов (функция, которую в обычных двигателях выполняет коммутатор).

Рана полевой двигатель постоянного тока

постоянные магниты на внешней стороне (статоре) двигателя постоянного тока можно заменить с помощью электромагнитов.Изменяя ток возбуждения, можно изменять скорость / крутящий момент. передаточное отношение мотора. Обычно обмотка возбуждения подключается последовательно (последовательно обмотка) с обмоткой якоря, чтобы получить двигатель с высоким крутящим моментом и низкой скоростью, параллельно (шунтирующая обмотка) с якорем, чтобы получить высокоскоростной двигатель с низким крутящим моментом или обмотка частично параллельно, а частично последовательно (составная намотка), чтобы получить лучшее из обоих миров. Дальнейшее снижение тока возбуждения возможно для получения даже более высокая скорость, но соответственно меньший крутящий момент.Эта техника идеальна для электрическая тяга (см. Тяговый двигатель) и многие аналогичные приложения, где его использование может устранить необходимость в механическом переменная передача.

Универсальный двигатели

вариант А электродвигателя постоянного тока с обмоткой возбуждения является универсальный электродвигатель. Название происходит от факт, что он может использовать переменный или постоянный ток питания, хотя на практике они почти всегда используется с источниками переменного тока. Принцип заключается в том, что в двигателе постоянного тока с возбужденным полем ток как в поле, так и в якоре (и, следовательно, возникающая магнитная поля) будут чередоваться (обратная полярность) одновременно, и, следовательно, механическое генерируемая сила всегда одинакова.На практике двигатель должен быть специально разработан. выдерживать переменный ток (полное сопротивление / сопротивление необходимо учитывать), и получаемый в результате двигатель, как правило, менее эффективен чем эквивалентный чистый двигатель постоянного тока. Преимущество универсального двигателя в том, что Источники питания переменного тока могут использоваться на двигателях, которые имеют типичные характеристики постоянного тока. двигатели, особенно высокий пусковой момент и очень компактная конструкция при высокой скорости скорости используются. Отрицательный момент — проблемы с обслуживанием и надежностью. вызвано коммутатором, и в результате такие двигатели редко встречаются в промышленности, но являются наиболее распространенными. тип двигателя переменного тока в таких устройствах, как миксеры и электроинструменты, которые используются только с перерывами.Бесконечное управление скоростью универсального двигателя на переменном токе очень легко достигается с помощью тиристорной схемы при ступенчатом Регулирование скорости может осуществляться с помощью нескольких отводов на катушке возбуждения. Домашнее хозяйство блендеры, которые рекламируют много скоростей, часто комбинируют катушку возбуждения с несколькими ответвители и диод, который можно вставить последовательно с двигателем (в результате двигатель для работы на полуволновом постоянном токе с половиной среднеквадратичного напряжения линии питания переменного тока).

В отличие от другие распространенные формы двигателей переменного тока (асинхронные двигатели и синхронные двигатели), универсальные двигатели могут легко превышать один оборот за цикл сетевого тока (то есть превышать 3000 об / мин в системе 50 Гц или 3600 об / мин в системе 60 Гц система).Это делает их особенно полезными для определенных приборов, таких как блендеры, пылесосы. чистящие средства и фены, где операция желательна.

с очень низкая стоимость полупроводниковых выпрямителей, в некоторых приложениях, которые раньше использовали универсальный двигатель, теперь используется чистый двигатель постоянного тока, обычно с полем постоянного магнита. Это особенно верно если полупроводниковая схема также используется для регулирования скорости.

переменного тока двигатели

индукционные двигатели работают, потому что движущееся магнитное поле индуцирует ток течь в ротор.Этот ток в роторе создает второе магнитное поле. требуется (вместе с полем от обмоток статора) для создания крутящего момента. Асинхронные двигатели просты и поэтому относительно дешевы в изготовлении. Oни не полагайтесь на щетки, такие как двигатель постоянного тока, и обычно имеют более длительный срок службы. Oни на сегодняшний день являются наиболее распространенным типом двигателей для приложений мощностью более 1 кВт. Обычно ротор не имеет электрического подключения к внешнему миру, за исключением случая асинхронных двигателей с фазным ротором.

Все асинхронные двигатели характеризуются тем, что при отсутствии нагрузки на двигателя, ротор вращается немного медленнее, чем частота сети (или целое число, кратное частоте сети). Это потому, что ротор должен «скользить» назад против движущегося магнитного поля, чтобы вызвать любые ток в роторе. Скольжение увеличивается (а скорость двигателя уменьшается) по мере того, как нагрузка на мотор увеличивается.

принцип вращающегося магнитного поля был придуман Никола Тесла в 1882 году, и он использовал его, чтобы изобрести двухфазный асинхронный двигатель в 1883 году.Майкл фон Доливо-Добровльский изобрел первый современный трехфазный «клеть-ротор» в 1890 г. Начало производства двигателя с 1888 г. второй промышленная революция, сделав возможным эффективную генерацию и большие расстояния распределение электроэнергии с использованием системы передачи переменного тока, также изобретения Теслы (1888 г.) [1] ( http://www.tfcbooks.com/tesla/system.htm ). Известное недавнее изобретение Анадиша К.Pal (патент США 6717300) должен использовать асинхронный двигатель для определения собственного вращения при отсутствии приводного электрического мощность. Это изобретение находит применение в системах сигнализации и раннем прогнозировании отказов. асинхронных двигателей.

Двигатели переменного тока в целом бывают двух типов: однофазные и три фаза.

Однофазный Асинхронные двигатели переменного тока

A многофазный асинхронный двигатель будет продолжать вращаться, даже если одна фаза отключена, при пониженном крутящем моменте.Однако остановленный многофазный двигатель не генерирует любой чистый пусковой крутящий момент при подключении только к однофазной сети. Ключ к Таким образом, конструкция однофазных двигателей должна обеспечивать вращающееся магнитное поле. для создания пускового момента.

А Обычный однофазный двигатель — это двигатель с экранированными полюсами, который используется в устройствах, требующих меньшего крутящего момента, например, в электрических вентиляторы, микроволновые печи и др. мелкая бытовая техника. В этом двигателе небольшие одновитковые медные «затеняющие катушки». создать движущееся магнитное поле.Часть каждого полюса окружена медной катушкой. или ремешок; индуцированный ток в перемычке препятствует изменению потока через катушка (закон Ленца), так что максимальная напряженность поля перемещается через полюс лицо на каждом цикле.

Другой Обычный однофазный двигатель переменного тока — это асинхронный двигатель с расщепленной фазой, обычно используемый в основных приборах, таких как стиральные машины и сушилки для одежды. В сравнении по сравнению с двигателем с экранированными полюсами эти двигатели, как правило, могут обеспечить гораздо больший пуск крутящий момент за счет использования специальной пусковой обмотки в сочетании с центробежным переключателем.

В двигатель с расщепленной фазой, запуск обмотка спроектирована с более высоким сопротивлением, чем бегущая обмотка. Это создает цепь LR, которая немного сдвигает фазу тока в пусковой обмотке. Когда двигатель запускается, запуск обмотка подключается к источнику питания через набор подпружиненных контактов прижатых на еще не вращающийся центробежный переключатель. Пусковая обмотка намотана с меньшим количеством витков провода меньшего размера, чем основная обмотка, поэтому она имеет более высокое сопротивление.Дополнительное сопротивление создает небольшой фазовый сдвиг, не более примерно 30 градусов, между потоком, обусловленным основной обмоткой, и потоком пусковой обмотки.

фаза магнитного поля в этой пусковой обмотке смещена от фазы мощности сети, позволяя создать движущееся магнитное поле, которое запускает мотор. Когда двигатель достигает скорости, близкой к расчетной, центробежный выключатель активируется, размыкая контакты и отсоединяя пусковую обмотку от источник питания.Тогда двигатель работает только на ходовой обмотке. Стартовый обмотка должна быть отключена, поскольку это приведет к увеличению потерь в двигателе.

В конденсаторный пусковой двигатель, пусковой конденсатор вставлен последовательно с пусковой обмоткой, создавая цепь LC, которая способна фазовый сдвиг (а значит, гораздо больший пусковой момент). Конденсатор естественно увеличивает стоимость таких двигателей.

Другой вариация — двигатель с постоянным разделенным конденсатором (PSC).Этот мотор работает аналогично к двигателю с конденсаторным пуском, описанному выше, но нет центробежного пуска выключатель, а вторая обмотка постоянно подключена к источнику питания. PSC двигатели часто используются в кондиционерах, вентиляторах, воздуходувках и других случаях где желательна переменная скорость. Меняя ответвления на ходовой обмотке, но Поддерживая постоянную нагрузку, двигатель может работать с разными скоростями.

роторы большинства однофазных асинхронных двигателей имеют конструкцию с короткозамкнутым ротором.Эти роторы получили свое название от «обмоток» в стиле колеса. на каких домашних грызунах тренируются: серия планок которые соединяют токопроводящие кольца на обоих концах ротора. На самом деле эти «обмотки» не намотаны в ротор, а вместо этого выполнены из литого алюминия, заполняющего пазы в штабеле стальных пластин. Потому что каждая обмотка один виток, наведенные напряжения в обмотках ротора очень низкие и нет необходимости изолировать монолитные «обмотки» от стальных пластин.(Токи в роторе, конечно, пропорциональны напряжению низкий, но обмотки из литого алюминия имеют очень низкое электрическое сопротивление так I ² R потери в роторе малы.)

Однофазный Синхронные двигатели переменного тока

Малые однофазные двигатели переменного тока также могут быть сконструированы с намагниченными роторами (или несколькими вариации на эту идею). Роторы в этих двигателях не требуют индуцированного ток, чтобы они не скользили в обратном направлении относительно частоты сети.Вместо этого они вращаются синхронно с частотой сети. Из-за их высокой точности скорость, такие двигатели обычно используются для питания механических часов, проигрывателей виниловых пластинок и ленточных накопителей; раньше они также широко использовались в приборах точного времени, таких как ленточные диаграммы регистраторы или механизмы привода телескопа. Затененный полюс синхронный двигатель — одна версия.

Потому что инерция затрудняет мгновенно ускоряют ротор от остановленной до синхронной скорости, эти двигатели обычно для начала требуется какая-то специальная функция.Различные дизайны используйте небольшой асинхронный двигатель (который может использовать те же катушки возбуждения и ротор, что и синхронный двигатель) или очень легкий ротор с односторонним механизмом (чтобы обеспечить что ротор стартует в «прямом» направлении).

Трехфазный Асинхронные двигатели переменного тока

Для приложения с более высокой мощностью, где доступно многофазное электроснабжение, трехфазная (или многофазная) индукция переменного тока мотор используется. Различия фаз между тремя фазами многофазного Электропитание создает в двигателе вращающееся электромагнитное поле.

Там используются два типа роторов. В большинстве двигателей используется ротор с короткозамкнутым ротором. обсуждалось выше. Альтернативная конструкция, называемая ротором с обмоткой, используется, когда переменная скорость не требуется. В этом случае у ротора такое же количество полюсов, что и у ротора. статор и обмотки выполнены из проволоки, соединенной с контактными кольцами на валу. Угольные щетки соединяют контактные кольца с внешним контроллером, например с регулируемым резистор, позволяющий изменять скорость скольжения двигателя.В некоторых мощных переменных скоростные приводы с фазным ротором, энергия частоты скольжения улавливается, выпрямляется и вернулся к питанию через инвертор.

По сравнению для роторов с короткозамкнутым ротором двигатели с фазным ротором дороги и требуют технического обслуживания контактных колец и щеток, но они были стандартной формой для регулируемой скорости контроль до появления компактных силовых электронных устройств. Транзисторный инверторы с частотно-регулируемым приводом теперь можно использовать для управления скоростью и Двигатели с фазным ротором становятся все реже.(Транзисторные инверторные приводы также позволяют использовать более эффективные трехфазные двигатели, когда только однофазные имеется сетевой ток.) ​​

Несколько используются методы пуска многофазного двигателя. Где большой пусковой ток и высокий пусковой крутящий момент может быть разрешен, двигатель может быть запущен через линии, подавая полное линейное напряжение на клеммы. Где необходимо ограничить пусковой пусковой ток (если двигатель большой по сравнению с мощность короткого замыкания источника питания), пуск при пониженном напряжении с использованием любой последовательной индукторы, автотрансформатор, тиристоры, или другие устройства.Иногда используется метод запуска звезда-треугольник, когда катушки двигателя сначала соединяются звездой для ускорения нагрузки, затем переключается на дельту, когда нагрузка набирает обороты. Транзисторные приводы могут напрямую изменять подаваемое напряжение в соответствии с пусковыми характеристиками двигателя. и загрузить.

Как в однофазный двигатель, через электромагнитный индукция, вращающееся магнитное поле индуцирует ток в проводниках в роторе, который, в свою очередь, создает уравновешивающее магнитное поле, которое вызывает ротор вращается в направлении вращения поля.И так же, как с однофазный двигатель, ротор всегда должен вращаться медленнее, чем вращающийся магнитный поле, создаваемое многофазным источником питания; в противном случае нет уравновешивания поле будет производиться в роторе.

Это Тип двигателя становится все более распространенным в тяговых приложениях, таких как локомотивы, где он известен как асинхронный тяговый двигатель.

скорость двигателя переменного тока определяется в первую очередь частотой источника переменного тока. и количество полюсов в обмотке статора, согласно соотношению:

об / мин = 2 * F * 60/ p

где

об / мин = (синхронные) обороты в минуту

F = Частота переменного тока

p = Число полюсов, обычно четное число, но всегда кратное числу фаз

крутящий момент является функцией количества скольжения или разницы во вращении между поля ротора и статора.Стандартные двигатели имеют скольжение 2-3%, специальные двигатели может иметь скольжение до 7%, и класс двигателей, известных как моментные двигатели , рассчитан на работу при 100% проскальзывании (0 об / мин / полный срыв).

крутящий момент определяется величиной скольжения или разностью вращения между поля ротора и статора.

скорость в этом типе двигателя традиционно изменялась за счет дополнительных наборы катушек или полюсов в двигателе, которые можно включать и выключать для изменения скорость вращения магнитного поля.Однако развитие силовой электроники означает что частота источника питания теперь также может быть изменена для обеспечения более плавного контроль скорости двигателя.

Трехфазный Синхронные двигатели переменного тока

As с однофазными двигателями, если катушки ротора трехфазного двигателя запитаны отдельный ток поля для создания непрерывного магнитного поля (или если ротор состоит из постоянного магнита), в результате получается синхронный двигатель, потому что ротор будет вращаться синхронно с вращающимся магнитным полем, создаваемым от многофазного электропитания.

А синхронный двигатель может также использоваться как генератор переменного тока.

В настоящее время, синхронные двигатели часто приводятся в действие транзисторами переменной частоты. диски. Это значительно облегчает проблему запуска массивного ротора большой синхронный двигатель. Они также могут запускаться как асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. обмотка с общим ротором: как только двигатель достигает синхронной скорости, в обмотке с короткозамкнутым ротором не возникает тока, поэтому он мало влияет на синхронная работа двигателя.

синхронный моторы иногда используются как тяговые; TGV может быть самым известным примером такого использования.

Индукция двигатели являются рабочими лошадками промышленности, а двигатели мощностью до 500 кВт производятся в строго стандартизированных размерах рамы, что делает их почти полностью взаимозаменяемы между производителями (хотя европейский и североамериканский стандарт габариты конечно разные).

Шаговый моторы

Closely относящиеся по конструкции к синхронным двигателям трехфазного переменного тока, являются шаговыми двигатели, у которых внутренний ротор с постоянными магнитами или большой железный сердечник с явными полюсами управляется набором внешних магнитов, которые переключаются в электронном виде.Шаговый двигатель также можно рассматривать как нечто среднее между DC электродвигатель и соленоид. Поскольку каждая катушка находится под напряжением в свою очередь, ротор выравнивается с магнитным полем, создаваемым возбужденным обмотка возбуждения. В отличие от синхронного двигателя, двигатель не может вращаются непрерывно; вместо этого он «шагает» от одной позиции к другой как поле обмотки включаются и отключаются последовательно. В зависимости от последовательности, ротор может вращаться вперед или назад.

Простой драйверы шаговых двигателей полностью включают или полностью обесточивают обмотки возбуждения, приведение ротора в «зубчатое положение» в ограниченное количество положений; более сложные драйверы могут пропорционально управлять мощностью обмоток возбуждения позволяя роторам располагаться «между» точками «шестеренки» и тем самым вращаться чрезвычайно плавно. Шаговые двигатели с компьютерным управлением — одни из самых универсальных формы систем позиционирования, особенно когда они являются частью цифровой сервоуправляемой системы.

Бесщеточный Двигатели постоянного тока

Midway между обычными двигателями постоянного тока и шаговыми двигателями лежит царство бесщеточного двигателя постоянного тока. Построенные по образцу шаговых двигателей, они часто используют постоянный магнит внешний ротор , три фазы приводных катушек, одна или несколько холлов исполнительные устройства для определения положения ротора и соответствующего привода электроника. Катушки активируются, одна фаза за другой, приводом. электроника в соответствии с сигналами датчиков Холла.По сути, они действуют как трехфазные синхронные двигатели с собственной переменной частотой электроника привода.

Бесщеточный Двигатели постоянного тока обычно используются для привода вентиляторов, шпинделей в приводах компакт-дисков, компакт-дисков (и т. Д.) И механизмов. в офисных продуктах, таких как лазерные принтеры и копировальные аппараты. Они также находят значительное использование в высокопроизводительных электрических моделях самолетов. У них есть несколько преимущества перед обычными двигателями:

• в сравнении вентиляторы переменного тока, использующие двигатели с расщепленными полюсами, они очень эффективны, работают намного холоднее чем эквивалентные двигатели переменного тока.Эта крутая операция значительно улучшает жизнь подшипников вентилятора.
• Без коммутатор изнашивается, срок службы бесщеточного двигателя постоянного тока может быть значительно больше по сравнению с двигателем постоянного тока с помощью щеток и коммутатора
• те же устройства на эффекте Холла, которые обеспечивают коммутацию, также могут обеспечить удобное сигнал тахометра для замкнутого контура управляющие (сервоуправляемые) приложения. В вентиляторах сигнал тахометра может быть используется для получения сигнала «вентилятор в порядке».
• двигатель можно легко синхронизировать с внутренними или внешними часами, что приводит к точный контроль скорости.

Современное Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют мощность от долей ватта до многих киловатт.

Без сердечника Двигатели постоянного тока

A без сердечника Двигатель постоянного тока представляет собой специализированную форму обычного двигателя постоянного тока. Оптимизирован для быстрого ускорение, эти моторы иметь ротор без железного сердечника. Ротор может принимать форма заполненного обмоткой цилиндра внутри магнитов статора, корзина, окружающая магниты статора или плоский блин (возможно сформированный на печатной монтажной плате) между верхним и нижним магнитами статора.Обмотки обычно стабилизированы. путем пропитки эпоксидными смолами.

Потому что ротор намного легче по весу (массе), чем обычный ротор, выполненный от медных обмоток на стальных пластинах ротор может ускоряться намного быстрее, часто достигая механической постоянной времени менее 1 мс. Это особенно верно если в обмотках используется алюминий, а не более тяжелые медь. Но поскольку в роторе нет металлической массы, которая могла бы служить радиатором, даже небольшие двигатели без сердечника часто должны охлаждаться принудительным воздухом.

Эти двигатели обычно использовались для привода шпиля (ов) магнитного ленточные накопители и до сих пор широко используются в высокопроизводительных сервоуправляемых системы.

линейный двигатели

Линейный двигатель по существу электродвигатель, который был «раскручен» так, что вместо создания крутящего момента (вращения), он создает линейную силу по своей длине, создавая движущийся электромагнитный поле.

линейный Двигатели чаще всего представляют собой асинхронные двигатели или шаговые двигатели.Вы можете найти линейный мотор в поезде на магнитной подушке (Трансрапид), где поезд «летит» над землей.

См. также

Центробежный переключатель | Коммутатор (электрический) | Электрический элемент | Электрический генератор | Электромобиль | Фрэнк Дж. Спраг | Джордж Вестингауз | Список электроники темы | Список технологий | Теорема о максимальной мощности | Мотор | Контроллер мотора | Метод движения | Однофазный электрический мощность | контактное кольцо | Настольная пила | Томас Эдисон | График моторной и двигательной техники | Комплекты двигателей Westminster

A самоучитель, в котором кратко рассматриваются электродвигатели, трансформаторы, скорость контроллеры, коды проводки и заземления, транзисторы, цифровые и т. д., является:

Shanefield Д. Дж., Промышленная электроника для инженеров, химиков и техников, Издательство Уильям Эндрю, Норвич, Нью-Йорк, 2001.

Хотя эту книгу необычайно легко читать и понимать (см. отзывы покупателей в магазине сайтов), он подходит только к элементарному уровню по каждому предмету, и это не подходящий справочник для технологов, уже работающих в любой из этих областей.

Список литературы

Дональд Г.Финк и Х. Уэйн Бити, Стандартное руководство для инженеров-электриков, одиннадцатое. Выпуск , McGraw-Hill, Нью-Йорк, 1978, ISBN 007020974X

AC Motors — Магазин электрических двигателей переменного тока от Bodine Electric Company

Мотор-редукторы и двигатели переменного тока

Bodine — это недорогое решение для привода, не требующее обслуживания. Линия двигателей переменного тока и мотор-редукторов Bodine включает пять типоразмеров (30R, 34R, 42R и 48R и K2), при этом все стандартные модели разработаны и рассчитаны на работу в непрерывном режиме.Обмотки синхронных и несинхронных двигателей доступны для использования с источниками питания 115, 230 и 460 В переменного тока. Поскольку в них нет щеток или пружин, двигатели переменного тока являются отличным выбором для приложений, где не требуется техническое обслуживание и бесшумная работа. Типичные области применения включают промышленную автоматизацию, конвейеры, оборудование для пищевой промышленности, лабораторные или медицинские устройства, а также основные приложения для перекачки и измерения.

Bodine производит четыре основных типа двигателей переменного тока:

Постоянный разделенный конденсатор (PSC) Редукторным двигателям требуется постоянный рабочий конденсатор двигателя для обеспечения пускового момента.Модели Bodine типа «CI» и «YC» предназначены для односкоростных (фиксированных) приложений с использованием однофазного переменного тока. Они рекомендуются для приложений с непрерывным режимом работы или для приложений Start-Stop с частотой до 10 запусков в минуту.

Двухфазные мотор-редукторы и двигатели (типы «SI» и «SY») используют вспомогательную обмотку для обеспечения пускового момента, а не конденсатор. Пусковая обмотка будет отключена центробежным переключателем, когда двигатель достигнет 70% своей номинальной рабочей скорости.Эти двигатели в основном используются в приложениях с непрерывным режимом работы, но могут быть найдены приложения с запуском-остановом до шести пусков в час.

Трехфазные мотор-редукторы с фиксированной скоростью (типы «PP» и «YP») и моторы могут использоваться на заводах и в других средах, где доступно 230/460 В переменного тока. Они обеспечивают более высокий пусковой крутящий момент и более высокую эффективность, чем модели с постоянными разделенными конденсаторами, и рекомендуются для приложений в непрерывном режиме или для систем пуска-останова с частотой до 10 пусков в минуту.

Bodine также предлагает полную линейку трехфазных мотор-редукторов переменного тока с инверторным режимом и согласованные инверторные регуляторы скорости для применения с регулируемой скоростью. Доступны стандартные модели с двойным напряжением (230/460 В переменного тока).

• Не требует обслуживания
• Долговечный
• Высокий пусковой крутящий момент
• Более высокий КПД, чем однофазные двигатели переменного тока
• Компактный размер

Электродвигатели постоянного тока | Каталог Discover Ride

Электродвигатели постоянного тока Ride Каталог делится на подкатегории, идентифицируемые по внешнему диаметру статора, длине ротора в мм и наличию энкодера.

В подкатегориях есть разные варианты строительства.

Чтобы поддержать выбор лучшего щеточного электродвигателя постоянного тока, Ride предлагает интерактивные настраиваемые спецификации .

Ride думает таким образом о клиентах, которым нужны персонализированные электродвигатели постоянного тока, которые в любом случае можно собрать с помощью консолидированных и автоматизированных процессов, которые гарантируют конкурентоспособные производственные затраты и надежность, необходимые для каждого приложения.

Среди предлагаемых двигателей постоянного тока с постоянными магнитами для каждого диаметра можно выбрать «стандартную» или «более сильную» версию.Разница между «стандартной» и «более сильной» версией заключается в длине ротора. Чем длиннее ротор, тем выше крутящий момент и мощность, которую может достичь щеточный двигатель постоянного тока.

Каждый диаметр щеточного двигателя постоянного тока имеет свои собственные характеристики, которые определяют возможности персонализации и, следовательно, области рынка, в которых могут использоваться различные версии двигателей постоянного тока Ride с постоянными магнитами. Например, двигатели постоянного тока с глубокой вытяжкой статора представляют собой наиболее промышленную версию, но также менее гибкую и менее адаптируемую к особым запросам.

Каждый двигатель постоянного тока с постоянными магнитами Ride доступен с энкодером и без него. Энкодер может иметь один или два датчика Холла с питанием макс. 5 В или макс. 20 В с доступными кольцевыми магнитами с различным числом полюсов. В каждом листе технических данных можно будет просмотреть чертеж двигателя с наиболее важными цитатами, необходимыми для определения внешних размеров, выбрать выходной вал и фильтр ЭМС , запросить специальный кабель , приложив спецификации к форме запроса, чтобы установить предпочтительную характеристическую кривую .

Характеристическая кривая щеточного двигателя постоянного тока настраивается путем записи в специально отведенных местах скорости холостого хода и напряжения питания . Как только кривая появится, можно будет увидеть для каждой точки значения крутящего момента, скорости, тока и КПД , чтобы затем можно было оценить, подходит ли размер двигателя для применения.

.