Как работает двигатель постоянного тока: Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока | Полезные статьи

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.

Устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока

Не всякий электрический двигатель можно однозначно назвать способным работать от постоянного тока. Касается коллекторного типа. На нем базируются устройство, принцип работы электродвигателя постоянного тока. Статор состоит из набора обмоток, каждая работает только на ограниченной части дуги хода вала. В противном случае реализовать концепцию невозможно.

Работа коллекторного двигателя

Коллекторный двигателей используется повсеместно бытовой техникой. 90% домашних применений приходится на этот сегмент. Двигатели стиральных машин, пылесосов, электрического инструмента. Исключением, назовем холодильники, вентиляторы, ветродувки, некоторые вытяжки. Вызвано требованиями бесшумности. Каждый, кто слышал, как ездит маленькая машинка от батарейки, понимает. В ночное время слышно каждый шорох, коллекторный двигатель навел бы шороху. Попробуйте включить на одну-две секунды болгарку в шесть часов утра – поймете.

Согласно законодательству в темное время суток уровень звукового давления не превышает 30 дБ. В противном случае техника помешает спокойному сну. Шум вызван трением щеток о коллектор, ротор двигателя сравнительно тяжелый, малейшая несоосность отдается в подшипниках. Люфт есть, массивнее движущаяся часть, акустический эффект заметнее. У коллекторных двигателей предостаточно недостатков, зато могут работать от постоянного тока. Чтобы уменьшить габариты, снижают число катушек. Для однозначного задания направления вращения необходимо минимум три полюса, причем никогда не работают параллельно.

Двигатель постоянного тока

У коллекторного двигателя бытовой техники великое количество полюсов ротора. Ниже упрощенный рисунок для постоянного тока. Коллекторный двигатель работает в схожем режиме, магнитов статора больше, все электрические. Питание ведется переменным напряжением 220 вольт. Подошли к главной тайне! Нет разницы, питать коллекторный двигатель переменным, постоянным током. С точки зрения обывателя. Существуют некоторые особенности:

  1. При питании постоянным током КПД повышается. Подводимая мощность пропорционально снижена, достигая большей эффективности использования. Обмотка статора снабжена не двумя – тремя выводами. При питании постоянным током используется часть витков. Переменный течет через всю катушку статора.
  2. При постоянных полях исчезает эффект перемагничивания. Резко снижает нагрев электротехнической стали магнитопроводов двигателя постоянного тока. Отражается низкими требованиями к изготовлению несущей основы ротора и статора. Можно не разделять магнитопроводы на пластины с изоляцией лаком. Как бы то ни было, большинство коллекторных двигателей постоянного тока одновременно годятся и для работы с переменным. Магнитопроводы составлены пластинами электротехнической стали.
  3. Косвенным плюсом является более высокая стабильность оборотов. Для регуляции скорости вращения на постоянном токе используется изменение амплитуды напряжения, на переменном – при помощи тиристорного ключа отсекается часть синусоиды по линии питания. Последний вариант используется стиральными машинами.
  4. Реверс на переменном токе ведут перекоммутацией обмоток. Изменением направления включения друг относительно друга. Процедуры в стиральной машине выполняют специальные реле. В двигателях постоянного тока полюс статора заменен железным (неодимовым) магнитом. Хватает сменить полярность питания для получения реверса. Операцию можно выполнять при помощи реле или контактора. Если обмотки питаются энергией электричества, для изменения направления вращения вала применяется перекоммутация.

В коллекторном двигателе бытовой техники статор соединяется последовательно ротору. Для передачи энергии на вал используется токосъемник в виде барабана, разделенного секциями. Электродами послужат графитовые щетки с прижимными пружинами. На корпусе выводы статора и ротора разграничены, обеспечивая возможности реализации функции реверса. Среди контактов могут быть вспомогательные: три вывода датчика Холла (два тахометра), окончания термопредохранителя.

По мере кручения вала щетки постепенно переключаются на следующую секцию, полюс ротора сдвигается. Статор остается на прежнем месте. Обратите внимание, полярность меняется с удвоенной частотой сети (50 Гц), характер взаимодействия остается прежним. Одинаковые полюсы отталкиваются, разнородные притягиваются. Путем особого распределения обмотки, коммутации с коллектором обеспечивается нужное направление вращения. Проявляется независимость двигателя от типа питающего напряжения (постоянного или переменного). Некоторые особенности коллекторного оборудования, присущие только данному типу устройств читайте ниже.

По мере движения щеток по барабану возникает искра

Паразитный эффект часто применяется на пользу, недостатки в виде помех послужат оценке скорости вращения вала. При увеличении нагрузки на вал обороты снижаются. Падает величина паразитной противо-ЭДС, эффект приводит к уменьшению уровня искрения. Специальная схема отслеживает фактор, увеличивая напряжение питания. Скорость оборотов восстанавливается. Подобные схемы найдем в кухонных комбайнах; в стиральных машинах для контроля вращения применяются специальные датчики (тахометр).

Принцип действия

Для гашения искры применяются варисторы

Величина ЭДС вырастает до недопустимого размера, сопротивление защиты в десятки тысяч раз уменьшается, лишний ток закорачивается корпусом. Варисторы используются парно. Объединяют обе щетки через корпус коллекторного двигателя. Вилки пылесосы зачастую лишены клеммы заземление, успешно снабжаются варисторной защитой. Искра замыкается стальным корпусом, ввиду больших размеров, массы разогрев отсутствует. Смертельно опасно браться одной рукой за коллекторный двигатель с такими изысками, другой – хватать заземленные металлические конструкции (пожарные лестницы; водопроводные, канализационные, газовые трубы; шины громоотводов; оплетки антенных кабелей).

Съемные щечки на корпусе

Корпус электроинструмента снабжен съемными щечками, щетки меняются в течение считаных минут. Уберегает от необходимости разбирать прибор для технического обслуживания. Признаком износа щеток выступает сильное искрение. Оборудование поизносилось. Новые щетки при притирании сильно искрят. В случае износа наблюдается падение мощности. Дрель перестает вращать сверло, останавливается барабан стиральной машины при номинальной массе загруженного белья. Не всегда удается достать оригинальные щетки, комплектующие можно подточить до необходимых размеров шлифовальным инструментом.

Обороты электродвигателя

Искрение оборотов, срыв

Искрение, срыв оборотов наблюдаются при загрязнении барабана. Ротор вынимается, проводится чистка подходящим средством (спиртом).

Устройство электродвигателя постоянного тока не отличается от моделей, работающих под переменным напряжением. Вышесказанное касается любого типа оборудования.

Работа электродвигателя постоянного тока

Под токосъемником простейшего двигателя две секции. Выродился барабан коллектора. Каждая контактная ламель (пластинка на валу) занимает половину оборота. Одна щетка снабжается положительным потенциалом, вторая – отрицательным, сообразно меняется направление магнитного поля полюсов. Активными в каждый момент времени являются два (в описанной выше конструкции). Статора может формироваться постоянным электрическим полем, либо металлическим магнитом. Последнее применяется детскими машинками.

Как работает электродвигатель постоянного тока. Допустим, в начальный момент времени обмотки расположены так, как показано на рисунке. В нашем примере полюсов уже не два, как обсуждали выше, – три. Минимальное число для стабильного запуска электрического двигателя постоянного тока в нужном направлении. Обмотки соединены схемой звезды, у каждой пары одна общая точка. Напряженность поля формирует два полюса отрицательных, один положительный. Постоянный магнит стоит, как показано рисунком.

Упрощенный рисунок случая постоянного тока

Каждую треть оборота происходит перераспределение поля так, что полюса сдвигаются согласно изменению напряжения питания на ламелях. На второй эпюре видим: номера обмоток сдвинулись, картина в пространстве осталась. Залог стабильности: один полюс притягивается к постоянному магниту, второй отталкивается. Если нужно получить реверс, меняется полярность подключения батарейки (аккумулятора). В результате получается два положительных полюса, один отрицательный. Вал станет двигаться против часовой стрелки.

Полагаем, принцип действия электродвигателя постоянного тока теперь понятен. Добавим, сегодня распространены двигатели вентильного типа. Многие задумались заставить поля чередоваться на статоре, ротор представлял бы постоянный магнит. В первом приближении двигатель вентильного типа. Постоянный ток подается на нужные обмотки статора через коммутируемые ключи-тиристоры. В результате создается нужное распределение поля.

Преимущества схемы в снижении количества трущихся частей, являющихся причиной необходимости обслуживания, ремонта. Тиристорный блок управления достаточно сложный. Допускается организовать коммутацию при помощи ламелей. Одновременно конструкция послужит грубым датчиком положения вала (плюс минус расстояние между контактными площадками оси вала). Вентильные двигатели не новы. Широко применяются специфическими отраслями. Помогают точно выдержать частоту вращения. В быту вентильные двигатели найти сложно. Некое подобие можно лицезреть в стиральной машине. Речь о помпе слива воды (ротор магнитный, только ток переменный).

Технические характеристики электродвигателей постоянного тока лучше, нежели при питании переменным током. Класс устройств широко применяется. Чаще электродвигатели постоянного тока используются при питании батареями различного рода. Когда нет выбора. Преимущества схемы питания позволят аккумуляторам дольше продержаться.

Обмотки статора, ротора включают последовательно, параллельно. Последнее применяется при нагруженном в исходном состоянии валу. Наблюдается резкое повышение оборотов, может привести к негативным последствиям, если ротор слишком легко идет. Упоминали о подобных тонкостях в теме конструирования двигателей своими руками.

Подключение двигателя постоянного тока к переменной сети. Принцип действия ДПТ. Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Возникла необходимость подключить универсальный коллекторный электродвигатель. На первый взгляд никаких проблем нет. Двигатель рабочий, ранее стоял в соответствующем устройстве и выполнял предназначенную ему функцию, то есть уже был подключён. Но дело в том, что использовать его решил в совершенно ином по своим функциям устройстве. Изменились условия, возможности эксплуатации и требования, как к его работе, так и к сроку службы. Ведь механизм, в котором предполагалось вновь задействовать электродвигатель, должен будет быть собран именно под него. Что делать с существующей обвязкой? Можно и главное нужно ли в ней, что-то менять? В данном конкретном случае это электродвигатель от электробритвы.

Имеющаяся обвязка состоит из конденсаторов и дросселей предназначенных выполнять исключительно функции помехоподавляющего фильтра.


Непосредственно на работу двигателя они ни как не влияют. Известно, что универсальный коллекторный электродвигатель одинаково хорошо работает и на постоянном, и на переменном токе. Соответственно, не мудрствуя лукаво, при имеющимся сопротивлении секций обмоток статора (более 800 Ом) плюс сопротивление якоря (360 Ом), подключение можно сделать по такой схеме:


Что и было успешно опробовано.


Однако на постоянном токе чуточку лучше. Во первых КПД двигателя при переменном токе меньше, во вторых меньше срок службы щёток, коллектора и всей машины. Схема подключения будет такой.


Был опробован и этот вариант схемы.


Искрение щёток коллектора стало заметно меньше. Совсем уж решил на этом и остановиться, но тут посоветовали, что при питании данного электродвигателя постоянным током следует добавить, после диодного моста, конденсатор.


Ёмкость конденсатора первоначально посчитал по, показавшейся подходящей для данного случая, формуле. При подключении конденсатора с расчетной ёмкостью в 200 mkf движок взревел как небольшая электродрель, что заставило уменьшать ёмкость. Формулой для расчета, не оправдавшей себя, «делиться» смысла не вижу.


Остановился на конденсаторе 33mkf х 250V и диодном мосте из диодов 1N4007 (как более компактном). Работой электродвигателя доволен.

Видео работы электромотора

Ничего необычного, но действительно лучше увидеть, чем услышать (в данном случае прочитать) как он там «гудит», как он там «искрит». Желаю удачных экспериментов, Babay.

В домашнем хозяйстве редко встретишь мотор, работающий на постоянном токе. Зато они всегда устанавливаются в детских игрушках, которые летают, ездят, шагают и т.д. Всегда они стоят в автомобилях: в различных приводах и вентиляторах. В электротранспорте чаще всего используют тоже их.

Другими словами, применяются двигатели постоянного тока там, где требуется достаточно широкий диапазон регулирования скорости и точность ее поддержания.

Электрическая мощность в моторе преобразуется в механическую, заставляющую его вращаться, а часть этой мощности расходуется на нагревание проводника. Конструкция двигателя электрического постоянного тока включает якорь и индуктор, которые разделяют воздушные зазоры. Индуктор, состоящий из добавочных и главных полюсов, и станины, предназначен для создания магнитного поля. Якорь, собранный из отдельных листов, обмотка рабочая и коллектор, благодаря которому постоянный ток подводится к рабочей обмотке, образуют магнитную систему. Коллектор – это насаженный на вал двигателя цилиндр, собранный из изолированных друг от друга медных пластин. К его выступам припаиваются концы обмотки якоря. Ток с коллектора снимается при помощи щеток, закрепленных в определенном положении в щеткодержателях, благодаря чему обеспечивается нужный прижим на поверхность коллектора. Щетки с корпусом двигателя соединяются с помощью траверса.

Щетки, в процессе работы, скользят по поверхности вращающегося коллектора, переходя от одной его пластины к другой. При этом, в параллельных секциях обмотки якоря происходит изменение тока (когда щетка накоротко замыкает виток). Процесс этот называют коммутацией.

Под влиянием своего магнитного поля, в замкнутой секции обмотки возникает ЭДС самоиндукции, вызывающая появление дополнительного тока, который на поверхности щеток распределяет неравномерно ток, что приводит к искрению.


Частота вращения – одна из важнейших его характеристик. Ее регулировать можно тремя способами: изменяя поток возбуждения, изменяя величину подводимого напряжения к двигателю, изменяя сопротивление в якорной цепи.

Два первых способа встречаются намного чаще третьего, ввиду его неэкономичности. Ток возбуждения регулируется при помощи любого устройства, у которого возможно изменять активное сопротивление (например, реостата). Регулирование при помощи изменения напряжения требует наличие источника постоянного тока: преобразователя или генератора. Такое регулирование применяют во всех промышленных электроприводах.

Торможение электрического двигателя постоянного тока

Для торможения электроприводов с ДПТ также есть три варианта: торможение противовключением, динамическое и рекуперативное. Первое происходит за счет изменения полярности тока в обмотке якоря и напряжения. Второе происходит благодаря замыканию накоротко (через резистор) обмотки якоря. Электрический двигатель при этом работает как генератор, преобразуя в электрическую, запасенную им механическую энергию, которая выделяется в виде тепла. Это торможение сопровождается мгновенной остановкой двигателя.

Последнее происходит, если электрический мотор, включенный в сеть, вращается со скоростью, которая выше скорости холостого хода. ЭДС обмотки двигателя в этом случае, превышает значение напряжении я в сети, что приводит к изменению на противоположное направление тока в обмотке мотора, т.е. двигатель отдает в сеть энергию, переходя в режим генератора. Одновременно возникает тормозной момент на валу.

Преимущества двигателей постоянного тока

Сравнивая их с асинхронными моторами, нужно отметить отличные пусковые качества, высокую (до 3000 об/мин) частоту вращения, а также хорошую регулировку. Из недостатков отметить можно? Сложность конструкции, низкую надежность, высокую стоимость и затраты на ремонт и обслуживание.

Принцип действия ДПТ

ДПТ, как и любой современный мотор, работает на основе «Правила левой руки», с которым все знакомы еще со школы и закона Фарадея. При подключении тока к нижней обмотке якоря в одном направлении, а к обмотке верхней – в другом, якорь начинает вращаться, а уложенные в его пазах проводники – выталкиваться магнитным полем статора или обмоток корпуса двигателя постоянного тока. Вправо выталкивается нижняя часть, а влево – верхняя. В результате якорь вращается до тех пор, пока его части не поменяются местами. Чтобы добиться непрерывного вращения, необходимо полярность обмотки якоря регулярно менять местами. Как раз этим и занимается коллектор, коммутирующий при вращении обмотки якоря. На коллектор от источника подается напряжение через пару прижимных щеток из графита.

Принципиальные схемы ДПТ

Двигатель переменного тока подключается просто, в отличие от ДПТ. Обычно у таких двигателей высокой и средней мощности имеются отдельные выводы в клеммной коробке (от обмотки и якоря). На якорь обычно подается полное напряжение, а на обмотку — ток, регулировать который можно реостатом или напряжением переменным. От величины тока, имеющегося на обмотке возбуждения, прямопропорционально зависят обороты двигателя переменного тока.

В зависимости от того, какая используется схема подключения электродвигателя постоянного тока, двигатель электрический может быть постоянного тока, разделяют на самовозбуждающиеся и с независимым возбуждением (от отдельного источника).

Схема для подключения двигателя с возбуждением параллельным

Она аналогична предыдущей, но не имеет отдельного источника питания.

Когда требуется большой пусковой ток, применяют двигатели с возбуждением последовательным: в городском электротранспорте (троллейбусах, трамваях, электровозах).

Токи обоих обмоток в этом случае одинаковы. Недостаток – требуется постоянная нагрузка на вал, поскольку при ее уменьшении на 25%, резко увеличивается частота вращения и происходит отказ двигателя.

Есть еще моторы, которые крайне редко используются — со смешанным возбуждением. Их схема представлена ниже.

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Под понятием «возбуждение» понимают создание в электрических машинах магнитного поля, которое необходимо, чтобы заработал двигатель. Схем возбуждения несколько:

  • С независимым возбуждением (питание обмотки происходит от постороннего источника).
  • Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением (источник питания обмотки возбуждения и якоря включены параллельно) – шунтовые.
  • С последовательным возбуждением (обе обмотки включены последовательно) – сериесные.
  • Со смешанным возбуждением – компаундные.

Бесщеточные моторы

Но, двигатель со щетками, которые быстро изнашиваются и приводят к искрению, не может использоваться там, где необходима высокая надежность, поэтому среди электротранспорта (электровелосипедов, скутеров, мотоциклов и электромобилей) наибольшее применение нашли бесщеточные электродвигатели. Они отличаются высоким КПД, невысокой стоимостью, хорошей удельной емкостью, длительным сроком службы, малыми размерами, бесшумной работой.

Работа этого двигателя основывается на взаимодействии магнитных полей электромагнита и постоянного. Когда за окном 21 век, а вокруг полно мощных и недорогих проводников, логично заменить механический инвертор цифровым, добавить датчик положения ротора, решающий в какой момент на конкретную катушку необходимо подать напряжение, и получить бесщеточный электродвигатель постоянного тока. В качестве датчика чаще используется датчик Холла.

Поскольку в этом двигателе удалены щетки, он не нуждается в регулярном обслуживании. Управляется двигатель постоянного тока при помощи блока управления, позволяющего изменять частоту вращения вала мотора, стабилизировать на определенном уровне обороты (независимо от имеющейся на валу нагрузки).

Состоит блок управления из нескольких узлов:

  • Системы импульсно-фазового управления СИФУ.
  • Регулятора
  • Защиты.

Где купить электродвигатель

Многие компании с мировыми именами выпускают сегодня электродвигатель постоянного тока 220 В. Купить его можно в интернет — магазинах, менеджеры которых предоставят исчерпывающую онлайн информацию, касающуюся выбранной модели. Большой выбор моделей таких двигателей на сайте http://ru.aliexpress.com/w/wholesale-brushless-dc-motor.html , в каталоге которого можно ознакомиться со стоимостью моделей, их описанием и пр. Если даже в каталоге нет интересующего двигателя, можно заказать его доставку.

Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения коллекторного двигателя переменного тока, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.

  • Упрощенная схема подключения
  • Управление работой двигателя
  • Преимущества и недостатки
  • Типичные неисправности

Особенности конструкции и принцип действия

По сути, коллекторный двигатель переменного тока представляет собой достаточно специфичное устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и, в силу этого, обладающее схожими характеристиками. Отличие этих двигателей состоит в том, что корпус статора мотора переменного тока для снижения потерь на вихревые токи выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Обмотки возбуждения машины переменного тока подключаются последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220в.

Могут быть как одно-, так и трехфазными; благодаря способности работать от постоянного и переменного тока называются ещё универсальными. Кроме статора и ротора конструкция включает щеточно-коллекторный механизм и тахогенератор. Вращение ротора в коллекторном электродвигателе возникает в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин трапецеидального сечения и является одним из узлов ротора, последовательно соединенного с обмотками статора.

В целом принцип работы коллекторного мотора переменного тока можно наглядно продемонстрировать с помощью известного со школы опыта с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если через рамку протекает ток, она начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления движения тока в ней.

Последовательное подсоединение обмоток возбуждения дает большой максимальный момент, но появляются большие обороты холостого хода, способные привести к преждевременному выходу механизма из строя.

Упрощенная схема подключения

Типовая схема подключения коллекторного электродвигателя переменного тока может предусматривать до десяти выведенных контактов на контактной планке. Ток от фазы L протекает до одной из щеток, затем передается на коллектор и обмотку якоря, после чего проходит вторую щетку и перемычку на обмотки статора и выходит на нейтраль N. Такой способ подключения не предусматривает реверс двигателя вследствие того, что последовательное подсоединение обмоток ведет к одновременной замене полюсов магнитных полей и в результате момент всегда имеет одно направление.


Направление вращения в этом случае можно изменить, только поменяв местами выхода обмоток на контактной планке. Включение двигателя «напрямую» выполняется только с подсоединенными выводами статора и ротора (через щеточно-коллекторный механизм). Вывод половины обмотки используется для включения второй скорости. Следует помнить, что при таком подключении мотор работает на полную мощность с момента включения, поэтому эксплуатировать его можно не более 15 секунд.

Управление работой двигателя

На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.


В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:

  • электронная схема подает сигнал на затвор симистора;
  • затвор открывается, по обмоткам статора течет ток, придавая вращение якорю М двигателя;
  • тахогенератор преобразует в электрические сигналы мгновенные величины частоты вращения, в результате формируется обратная связь с импульсами управления;
  • в результате ротор вращается равномерно при любых нагрузках;
  • реверс электродвигателя осуществляется с помощью реле R1 и R


Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.

Преимущества и недостатки

К неоспоримым достоинствам таких машин следует отнести:

  • компактные габариты;
  • увеличенный пусковой момент; «универсальность» — работа на переменном и постоянном напряжении;
  • быстрота и независимость от частоты сети;
  • мягкая регулировка оборотов в большом диапазоне с помощью варьирования напряжения питания.
  • снижение долговечности механизма;
  • искрение между и коллектором и щетками;
  • повышенный уровень шумов;
  • большое количество элементов коллектора.

Типичные неисправности

Наибольшего внимания к себе требует щеточно-коллекторный механизм, в котором наблюдается искрение даже при работе нового двигателя. Сработанные щетки следует заменить для предотвращения более серьезных неисправностей: перегрева ламелей коллектора, их деформации и отслаивания. Кроме того, может произойти межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, в результате которого происходит значительное падение магнитного поля или сильное искрение коллекторно-щеточного перехода.

Избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя может грамотная эксплуатация устройства и профессионализм изготовителя в процессе сборки изделия.

Благодаря своим компактным размерам, коллекторный двигатель получил широкое распространение в конструкциях ручного электроинструмента. Он успешно применяется взамен конденсаторного однофазного асинхронного . Массовое применение коллекторных двигателей обусловлено их высокой мощностью, простотой в управлении и обслуживании. Независимо от внешних различий и типов креплений, все они имеют одинаковый принцип действия.

Устройство и принцип работы

Прежде всего, это однофазный электродвигатель, где осуществляется последовательное возбуждение обмоток. Для его работы может использоваться переменный или постоянный ток. По этой причине, коллекторный электродвигатель считается универсальным.

Большинство таких электродвигателей имеют в своей конструкции основные элементы в виде статора вместе с обмоткой возбуждения, а также ротора и двух щеток в качестве скользящего контакта. Большая роль во всей конструкции отводится тахогенератору. Его магнитный ротор закрепляется в торце роторного вала, а фиксация катушки осуществляется с помощью стопорного кольца или крышки.


Все конструктивные элементы электродвигателя объединены в общей конструкции. Их соединяют две алюминиевые крышки, непосредственно образующие корпус двигателя. Для вывода контактов, присутствующих во всех элементах используется клеммная колодка, позволяющая легко включать их в общую электрическую схему. Для работы ременной передачи на роторный вал запрессовывается шкив.

Подключение и управление

В основе работы данного вида двигателей лежат взаимодействующие поля, присутствующие в статоре и роторе, при прохождении через них электрического тока. Коллекторный двигатель имеет последовательную схему, по которой подключаются обмотки. Контактная колодка позволяет задействовать до десяти контактов, увеличивая количество вариантов подключения.


Простейшее подключение можно выполнить, зная лишь расположение выводов в статоре и щетках. При нормальном подключении устанавливаются средства электрической защиты и устройства, позволяющие ограничивать ток. Поэтому, прямое подключение от сети должно производиться не более чем на 15 секунд.

Управление коллекторным двигателем осуществляется с помощью специальной электронной схемы. В этой схеме всю силовую регулировку выполняет , подающий напряжение на двигатель в необходимом количестве и подключаемый последовательно с ним.

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

  1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
  2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

  • независимыми;
  • параллельными;
  • последовательными;
  • смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.


Обозначения:

  • А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
  • В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
  • С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
  • D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
  • Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.


Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

  • снижение КПД;
  • повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.


Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.


К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

  • высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
  • динамичность управления;
  • низкая стоимость.

Основные недостатки:

  • малая мощность;
  • потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).


Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и U K должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

Минусы:

  • стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
  • недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.


Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

  • высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
  • низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
  • поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
  • работа без нагрузки приводит к поломке КД.

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.


Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

  • не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
  • малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Двигатель постоянного тока: принцип работы, общее устройство

В тех приводах, где необходим широкий диапазон регулировки скоростей используется электрический двигатель постоянного тока. Он позволяет с высокой точностью поддерживать скорость вращения и осуществлять необходимые регулировки.

Устройство электродвигателей постоянного тока

В основе работы данного вида двигателей лежит электромагнитная индукция. Если проводник, по которому протекает электрический ток, поместить в магнитное поле, то, согласно правила левой руки, на него будет воздействовать определенная сила.

Когда проводник пересекает магнитные силовые линии, в нем производится наведение электродвижущей силы, направленной в сторону, противоположную движению тока. В результате, получается обратное противодействие. Происходит преобразование электрической мощности в механическую с одновременным нагреванием проводника.

Вся конструкция устройства состоит из якоря и индуктора, между которыми находится воздушный зазор. Индуктор создает неподвижное магнитное поле и включает в себя полюса главные и добавочные, закрепляемые на станине. Обмотки возбуждения располагаются на главных полюсах и создают магнитное поле. Добавочные полюса содержат специальную обмотку, улучшающую условия коммутации.

В состав якоря входит магнитная система. Ее основными элементами являются рабочая обмотка, укладываемая в пазы, отдельные металлические листы и коллектор, с помощью которого к рабочей обмотке подводится постоянный ток.

Коллектор изготавливается в виде цилиндра и насаживается на вал электродвигателя. К его выступам припаиваются концы якорной обмотки. Электрический ток снимается с коллектора при помощи щеток, закрепленных в специальных держателях и зафиксированных в определенном положении.

Основные процессы: пуск и торможение

Каждый двигатель постоянного тока осуществляет два основных процесса пуск и торможение. В самом начале пуска якорь находится в неподвижном состоянии, напряжение и сила, противоположная ЭДС, равны нулю. При незначительном сопротивлении якоря, значение пускового тока превышает номинальное, примерно в 10 раз. Во избежание перегрева обмотки якоря при пуске, применяются специальные пусковые реостаты. При мощности двигателей до 1-го киловатта, осуществляется прямой запуск.

В электродвигателях постоянного тока применяется несколько способов торможения. При динамическом торможении обмотка якоря замыкается коротко, либо с помощью резисторов. Этот способ обеспечивает наиболее точную остановку. Рекуперактивное торможение является наиболее экономичным. Здесь происходит изменение направления ЭДС на противоположное.

Торможение противовключением производится изменением полярности тока и напряжения в якорной обмотке, что позволяет создать эффективный тормозящий момент.

Как работает двигатель постоянного тока

Что такое ДВИГАТЕЛЬ постоянного тока: основы, типы и принцип работы

Почти каждое механическое развитие, которое мы видим вокруг себя, осуществляется электродвигателем. 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?

К Двигатель постоянного тока — это электродвигатель который работает от постоянного тока. В электродвигателе работа зависит от простого электромагнетизма. Проводник с током создает магнитное поле, и когда он помещается 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.


Бесщеточный двигатель постоянного тока


Вклад бесщеточный двигатель постоянного тока это ток / напряжение, а его выход — 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, которые 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 почти не будет выпрямлен полевыми магнитами статора.


Когда ротор достигает выравнивания, 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 — 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, последовательные, с составной обмоткой, шунтирующие шунты или стабилизированные шунты. В целом, части двигателя постоянного тока в этих популярных конструкциях одинаковы, но принцип их работы одинаков. Основные части двигателя постоянного тока включают следующее.

Статора

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 агрегата.

Кисти

Щетки, использующие коммутатор, в основном работают как мост, чтобы прикрепить неподвижную электрическую цепь к ротору.

Коммутатор

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

Обмотки возбуждения

Эти обмотки сделаны из полевых катушек, известных как медные провода. Эти обмотки охватывают примерно прорези полюсных наконечников.

Обмотки якоря

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

Иго

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

Поляки

Полюса в двигателе состоят из двух основных частей, таких как полюсный сердечник и полюсные наконечники. Эти важные части соединены друг с другом гидравлической силой и соединены с вилкой.

Зубы / прорезь

Непроводящие вкладыши паза часто застревают между стенками паза, а также катушками для защиты от царапин, механической поддержки и дополнительной электрической изоляции. 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. В Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что когда проводник с током находится внутри магнитного поля, 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 расположены вертикально друг к другу, и основной палец указывает направление магнитного поля, следующий палец указывает текущее направление, а большой палец, похожий на третий, означает направление магнитного поля. направление силы, которое ощущается через проводник.

F = BIL ньютонов

Где,

«B» — плотность магнитного потока,

«Я» — текущее

«L» — длина проводника в магнитном поле.

Когда обмотка якоря подводится к источнику постоянного тока, ток будет устанавливаться внутри обмотки. Обмотка возбуждения или постоянные магниты создают магнитное поле. Таким образом, 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

Ниже рассматриваются различные типы двигателей постоянного тока.

Редукторные двигатели постоянного тока

Мотор-редукторы имеют тенденцию снижать скорость двигателя, но с соответствующим увеличением крутящего момента. Это свойство очень удобно, 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 стоимости проектирования, упрощения и создания приложений, таких 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 шестеренками можно менять высокую скорость на лучший крутящий момент. Увеличение крутящего момента обратно пропорционально снижению скорости.

Редукторные двигатели постоянного тока

Снижение скорости двигателя постоянного тока с редуктором

Снижение скорости передачи 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 редукторного двигателя является уменьшение 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 снижается до одного об / мин для привода. секундная стрелка и дополнительно уменьшенная в часовом механизме для управления минутной и часовой стрелками. Здесь величина движущей силы не имеет значения, пока ее достаточно для преодоления фрикционных ударов часового механизма.

Двигатель постоянного тока серии

Серийный двигатель — это двигатель постоянного тока, в котором обмотка возбуждения внутри последовательно соединена с обмоткой якоря. Серийный двигатель обеспечивает высокий пусковой 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 соединены последовательно с якорем. Напряженность поля изменяется 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, накопленное 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.

Мотор 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 и те, и другие уменьшались бы с той же скоростью при

при котором скорость двигателя увеличивается.

Преимущества

К преимуществам серийного двигателя можно отнести следующее.

  • Огромный пусковой момент
  • Простая конструкция
  • Проектировать легко
  • Простое обслуживание
  • Экономически эффективным

Приложения

Двигатели серии могут производить огромную крутящую мощность, крутящий момент из состояния 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

Шунтовые двигатели — это параллельные двигатели постоянного тока, в которых 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 слабый 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 можно отнести следующее.

  • Простое управление, обеспечивающее высокий уровень гибкости для решения сложных проблем привода
  • Высокая доступность, поэтому требуется минимальное обслуживание
  • Высокий уровень электромагнитной совместимости
  • Очень плавный ход, поэтому низкая механическая нагрузка на всю систему и высокие динамические процессы управления
  • Широкий диапазон регулирования и низкие скорости, поэтому универсальное применение

Приложения

Шунтовые двигатели постоянного тока очень подходят для систем с ременным приводом. Этот двигатель постоянной скорости 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 шунтирующее поле с независимым возбуждением, которое имеет отличный пусковой крутящий момент, однако при использовании с регулируемой скоростью возникают проблемы. 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.

Отдельно возбужденный

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

Самовозбужденный

Как следует из названия, в этом типе двигателя ток в обмотках может подаваться через двигатель, в противном случае — через саму машину. 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 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 обычный 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 микроконтроллеры и моторы . Драйверы двигателей будут действовать как усилители тока, поскольку они принимают управляющий сигнал низкого тока и выдают 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 включения, а другой набор имеет вход 3, вход 4, выход 3, выход 4 с другим контактом разрешения. Вот видео, связанное с L293D

Вот пример двигателя постоянного тока, который связан с микроконтроллером L293D.

Двигатель постоянного тока с микроконтроллером L293D

L293D имеет два набора конфигураций, 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 высокие, то контакты 3 и 6 также высокие. 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 сферах применения, таких как игрушки и дисководы, или в больших размерах для работы сталепрокатных станов и бумагоделательных машин.

Уравнения двигателя постоянного тока

Величина испытываемого 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, которая действует в направлении, противоположном подаваемому напряжению. Это дается как

Где, Ø- Fluz из-за обмоток возбуждения

P- Количество полюсов

Константа А-А

N — Скорость двигателя

Z- Количество проводников

Напряжение питания, V = Eб+ Якрк

Развиваемый крутящий момент составляет

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. Регулировка скорости достигается либо

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

4-х квадрантная работа

Как правило, двигатель может работать в 4 различных регионах. В четырехквадрантный режим двигателя постоянного тока включает следующее.

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

4-квадрантная работа двигателя постоянного тока

  • 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 4thквадрант, двигатель работает как генератор в реверсивном режиме.
  • В первом и третьем квадранте двигатель действует 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.

Распространенные 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 сбоям относятся следующие:

  • Пробой изоляции
  • Перегрев
  • Перегрузки
  • Выход из строя подшипника
  • Вибрация
  • Заторможенный ротор
  • Несоосность вала
  • Обратный бег
  • Несбалансированность фаз

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

  • Когда двигатель установлен неправильно
  • Когда мотор забит грязью
  • Когда в двигателе есть вода
  • Когда мотор перегревается

Двигатель 12 В постоянного тока

Двигатель постоянного тока 12 В — недорогой, компактный и 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?

Выбор двигателя 12 В постоянного тока может быть сделан очень легко с помощью METmotors, 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 от батарей, обычно выбираются низкие рабочие напряжения, поскольку для получения определенного напряжения требуется меньшее количество ячеек. 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 момента. Эти двигатели работают на меньших скоростях по сравнению с двигателями с другими напряжениями.
Характеристики этого двигателя в основном различаются в зависимости от компании-производителя, а также области применения.

  • Скорость двигателя от 350 до 5000 об / мин.
  • Номинальный крутящий момент этого двигателя составляет от 1,1 до 12,0 фунт-дюймов.
  • Выходная мощность этого мотора составляет от 01 до 21 л.с.
  • Размеры рамы 60мм, 80мм, 108 мм.
  • Сменные щетки
  • Типичный срок службы кисти составляет 2000+ часов.
Обратная ЭДС в двигателе постоянного тока

Как только проводник с током помещен в магнитное поле, крутящий момент будет индуцироваться по проводнику, и крутящий момент будет вращать проводник, который рассекает поток магнитного поля. Основываясь на явлении электромагнитной индукции, когда проводник разрезает магнитное поле, внутри проводника возникает ЭДС.

Направление индуцированной 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 собой путь движения проводника, а средний палец обозначает ЭДС, наведенную на проводник.

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 аналогичным выражением, как показано ниже.

Eb = NP ϕZ / 60A

Где

«Eb» — это ЭДС, наведенная двигателем, которая называется обратной ЭДС.

«А» — это нет. параллельных дорожек по всей арматуре среди щеток обратной полярности

«П» — это нет. полюсов

«N» — скорость

«Z» — это полное количество 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 квадрантах

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

4-х квадрантный контроль

Случай 1: При нажатии переключателя пуска и по часовой стрелке логика микроконтроллера выдает низкий логический уровень на контакт 7 и высокий логический уровень на контакт 2, заставляя двигатель вращаться по часовой стрелке и работать в режиме 1.улквадрант. 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 передний тормоз нажат, логика микроконтроллера применяет низкий логический уровень к выводу 7 и высокий логический уровень к выводу 2, и двигатель стремится работать в обратном направлении, вызывая его немедленную остановку.

Подобным образом нажатие переключателя против часовой стрелки заставляет двигатель двигаться в обратном направлении, т.е.rdквадрант, и нажатие переключателя заднего тормоза приводит к мгновенной остановке двигателя.

Таким образом, посредством правильного программирования микроконтроллера и переключателей можно управлять работой двигателя в каждом направлении.

Таким образом, это все об обзоре двигателя постоянного тока. В преимущества двигателя постоянного тока обеспечивают ли они превосходный контроль скорости для ускорения и замедления, простую для понимания конструкцию и простую и дешевую конструкцию привода. Вот вам вопрос, каковы недостатки двигателя постоянного тока?

Фото:

  • Бесщеточные двигатели постоянного тока news.softpedia
  • 4-квадрантная работа двигателя постоянного тока lh5.ggpht
  • Редукторный двигатель постоянного тока от Викимедиа
  • Shunt Motor — пользователем зона

Разница между двигателем переменного и постоянного тока | Сравните разницу между похожими терминами — Технология

Двигатель переменного тока против двигателя постоянного тока

Электромеханическое устройство преобразует электрическую энергию в механическую. Двигатель переменного тока — это электромеханическое устройство, которое работает от электричества переменного тока, в то время как двигатель постоянного тока работает от электричества постоянного тока.

Подробнее о двигателе переменного тока

Двигатель переменного тока состоит из двух основных частей: ротора, вращающегося компонента и статора, который неподвижен. Оба имеют обмотки катушек для создания магнитного поля, а отталкивание магнитного поля заставляет ротор двигаться. Ток подается на ротор через контактные кольца или используются постоянные магниты. Кинетическая энергия ротора, передаваемая на вал, соединенный с ротором, и создаваемый крутящий момент действуют как движущая сила механизма.

Есть два основных типа двигателей переменного тока. Асинхронный двигатель, который работает медленнее, чем частота источника, относится к первому типу.Синхронный двигатель предназначен для предотвращения этого эффекта индукции; поэтому работает с той же частотой или с кратной частотой.

Двигатели переменного тока могут создавать большой крутящий момент. Из-за используемого источника питания он может быть рассчитан на потребление большого количества энергии. Электросеть может обеспечивать очень большие токи, необходимые для работы двигателей, работающих в тяжелых условиях. В наиболее распространенных двигателях переменного тока используется ротор с короткозамкнутым ротором, который используется почти во всех бытовых и легких промышленных двигателях переменного тока. В большинстве бытовых приборов, таких как стиральная машина, посудомоечная машина, автономный вентилятор, проигрыватель и т. Д., Используется какой-либо вариант ротора с беличьей клеткой.

Двигатели переменного тока предназначены для работы от трехфазных, двухфазных и однофазных источников питания. В зависимости от требований использование типа двигателя варьируется.

Подробнее о двигателе постоянного тока

Используются два типа двигателей постоянного тока; это электродвигатель постоянного тока с щеткой и бесщеточный электродвигатель постоянного тока. Фундаментальный физический принцип работы двигателей постоянного и переменного тока одинаков.

В щеточных двигателях щетки используются для поддержания электрического соединения с обмоткой ротора, а внутренняя коммутация изменяет полярность электромагнита, чтобы поддерживать вращательное движение. В двигателях постоянного тока в качестве статоров используются постоянные или электромагниты. В практическом двигателе постоянного тока обмотка якоря состоит из ряда катушек в пазах, каждая из которых занимает 1 / p площади ротора для p-полюсов. Количество катушек в небольших двигателях может составлять всего шесть, а в больших двигателях может достигать 300. Все катушки соединены последовательно, и каждый переход соединен с шиной коммутатора. Все катушки под полюсами способствуют созданию крутящего момента.

В небольших двигателях постоянного тока количество обмоток невелико, а в качестве статора используются два постоянных магнита. Когда требуется более высокий крутящий момент, количество обмоток и сила магнита увеличиваются.

Второй тип — это бесщеточные двигатели, которые имеют постоянные магниты, поскольку ротор и электромагниты расположены в роторе. Транзистор высокой мощности заряжается и приводит в движение электромагниты.

В чем разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока?

• Двигатель переменного тока работает от электричества переменного тока, а двигатель постоянного тока работает от электричества постоянного тока.

• Двигатели постоянного тока General обеспечивают меньший крутящий момент, чем двигатели переменного тока.

• Для двигателя переменного тока требуется пусковой механизм, но для двигателей постоянного тока пусковой механизм не требуется.

• Двигатели постоянного тока являются однофазными двигателями, тогда как двигатели переменного тока — однофазными и трехфазными.

Объяснение двигателя постоянного тока

— инженерное мышление

Узнайте, как работает двигатель постоянного тока, чтобы понять основной принцип работы двигателя постоянного тока. Мы рассматриваем обычный ток, поток электронов, обмотку, якорь, ротор, вал, статор, щетки, щетки, клеммы, ЭДС, электромагниты, магнитное притяжение, а также подробные анимации того, как работает двигатель постоянного тока.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

🎁 Получите руководство Флеминга в формате PDF БЕСПЛАТНО здесь ➡️ Здесь

Детали двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока

Двигатели постоянного тока выглядят примерно так, как показано выше, хотя существует довольно много вариантов.Они используются для преобразования электрической энергии в механическую, и мы можем использовать их, например, в наших электроинструментах, игрушечных автомобилях и охлаждающих вентиляторах.

Используется для преобразования электроэнергии

Когда мы смотрим на двигатель постоянного тока, мы сначала видим металлический защитный кожух, который образует статор.
На одном конце у нас есть кончик вала, выступающий из корпуса, на который мы можем прикрепить шестерни, лопасти вентилятора или шкивы.

Статор

На другом конце пластиковая заглушка с двумя клеммами. Мы можем подключить источник питания к этим клеммам, чтобы вращать вал.

Если мы снимем кожух, чтобы заглянуть внутрь двигателя, мы обнаружим два магнита, которые образуют статор. Это постоянные магниты, образующие северный и южный магнитные полюса.

Магниты внутри двигателя

Проходя через центр двигателя, мы видим этот стержень, который называется валом. Используется для передачи механической энергии. К валу прикреплен ротор. Ротор состоит из нескольких дисков, склеенных вместе, на каждом диске есть Т-образные выступы.

Т-образные плечи ротора обернуты обмотками катушки, по которым проходит электрический ток от батареи. Когда ток проходит через катушки, он создает электромагнитное поле, мы контролируем синхронизацию и полярность этого магнитного поля, чтобы создать вращение.

Внутренний двигатель

Концы катушек подключены к коммутатору. Коллектор представляет собой кольцо, которое разделено на несколько пластин, расположенных концентрически вокруг вала. Пластины разделены и электрически изолированы друг от друга, а также от вала.Концы каждой катушки соединяются с разными пластинами коммутатора, они делают это, чтобы создать цепь, и мы скоро увидим это в деталях.

Основы двигателя постоянного тока

Под пластиковой задней крышкой находятся щетки, рычаги и клеммы. Пластины коллектора находятся между двумя щетками.

Щетки, плечи и клеммы

Щетки трутся о сегменты коммутатора, замыкая цепь. Затем электричество может проходить через клемму, через плечо в щетку, через сегмент коммутатора в катушку, затем через другой сегмент коммутатора, в противоположную щетку и плечо обратно к другому терминалу.

Компоненты двигателя постоянного тока

Эти компоненты дают нам наш основной двигатель постоянного тока. Чтобы понять, как работает двигатель постоянного тока, нам нужно понять некоторые основы электричества, а также то, как работают компоненты внутри.

Основы электричества

Электричество — это поток электронов по проводу. Когда много электронов течет в одном направлении, мы называем это током. Электричество постоянного тока означает, что электроны текут только в одном направлении, от одной клеммы батареи прямо к другой.Если мы перевернем батарею, то ток будет течь в противоположном направлении.

Основы электричества

Внутри медного провода мы находим атомы меди. Обращаясь вокруг каждого атома, мы находим свободные электроны, они называются свободными электронами, потому что они могут свободно перемещаться к другим атомам. Они, естественно, сами по себе движутся к другим атомам, но это происходит во всех и во всех направлениях случайным образом, что бесполезно для нас. Нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении, и мы можем сделать это, подав на провод разность потенциалов.Напряжение подобно давлению и заставит электроны двигаться. Электроны текут только в полной цепи. Они всегда пытаются вернуться к своему источнику, поэтому, когда мы даем им путь, такой как провод, они будут течь через него. Даже если мы временно создадим путь, они воспользуются им, как только он станет доступен. Мы можем размещать компоненты на этом пути так, чтобы они проходили по нему и выполняли работу за нас, например, освещали лампу.

Атомы меди

В этих анимациях мы будем использовать два термина.Это поток электронов и обычный ток. Поток электронов — это то, что на самом деле происходит с электронами, текущими от отрицательного вывода к положительному. Обычный ток движется в обратном направлении от положительного к отрицательному. Обычный ток был первоначальной теорией, и его до сих пор широко преподают и используют, потому что его легче понять. Просто помните о двух терминах и о том, какой из них мы используем.

Электронный поток и обычный ток

Постоянные магниты

Магнит

Как вы, наверное, уже знаете, магниты поляризованы северным и южным концами.Эти типы известны как постоянные магниты, потому что их магнитное поле всегда активно. Находясь рядом с другим магнитом, одинаковые концы отталкиваются, а противоположные притягиваются. Таким образом, мы получаем эти толкающие и притягивающие силы, вызванные магнитным полем магнитов.

Линии магнитного поля

Магниты имеют эти изогнутые линии магнитного поля, которые проходят от северного полюса к южному полюсу и простираются, изгибаясь снаружи. Магнитное поле наиболее сильное на концах, мы видим это, потому что силовые линии магнитного поля расположены ближе друг к другу.

Мы действительно можем увидеть магнитное поле магнита, посыпав магнит железными опилками.

Магнитное поле магнита с железными наполнителями

Когда два магнита находятся в непосредственной близости друг от друга, их магнитные поля взаимодействуют. Два одинаковых конца будут отталкиваться друг от друга, и их силовые линии магнитного поля не соединятся. Однако две противоположные полярности будут притягиваться друг к другу, и силовые линии магнитного поля сойдутся в область высокой концентрации.

Магнитное поле противоположных концов сольется

Поэтому мы поместим два магнита противоположной полярности в статор двигателя, чтобы сформировать сильное магнитное поле через ротор.

Электромагниты

Когда мы подключаем провод к положительной и отрицательной клемме батареи, ток электронов будет течь по проводу от отрицательной к положительной клемме.

Когда электроны проходят через медный провод, они создают электромагнитное поле вокруг провода. Мы действительно можем увидеть это, поместив несколько магнитов вокруг провода. Когда мы пропускаем электричество через провод, магниты вращаются. Когда мы изменим направление тока, магниты также изменятся и выровняются в противоположном направлении.

Итак, мы можем создать магнитное поле, которое действует как постоянный магнит, за исключением того, что в этом случае мы можем отключить магнитное поле.

Проблема с электромагнитным полем в проводе в том, что оно довольно слабое. Но мы можем сделать его намного прочнее, просто свернув провода в катушку. Каждый провод по-прежнему создает электромагнитное поле, но они объединяются в гораздо большее и сильное магнитное поле, которое мы используем для создания катушек в роторе.

Сделайте электромагнитное поле сильнее, свернув провода в катушку.

Обмотки

Катушки проволоки известны как обмотки. Самый простой двигатель постоянного тока имеет всего одну катушку. Это более простая конструкция; проблема, однако, в том, что они могут выравниваться магнитно, что блокирует двигатель и останавливает его вращение. Чем больше наборов катушек у нас будет, тем более плавным будет вращение, это особенно полезно для низкоскоростных приложений. Поэтому мы обычно находим в двигателе не менее трех катушек, чтобы обеспечить плавное вращение.

Чем больше комплектов катушек, тем плавнее вращение

Каждая катушка расположена под углом 120 градусов друг к другу.Между каждой катушкой находим пластину коллектора. Каждая катушка соединена с двумя коллекторными пластинами. Пластины электрически изолированы друг от друга, за исключением того, что они соединены через катушки. Итак, если мы соединим положительные и отрицательные клеммы с двумя пластинами коммутатора, мы сможем замкнуть цепь, потечет ток и в катушках возникнет магнитное поле.

Основы катушки

Ротор

Ротор, или якорь, состоит из нескольких дисков из железа, склеенных между собой.

Ротор

Каждый диск электрически изолирован друг от друга лаковым покрытием. Если бы якорь был цельным куском металла, внутри него циркулировали бы большие вихревые токи. Они вызваны индуцированной электродвижущей силой или ЭДС. Эти вихревые токи влияют на КПД двигателя. Чтобы уменьшить их, инженеры сегментируют ротор на изолированные диски, вихревые токи все равно будут протекать, но они будут намного меньше. Чем тоньше диск, тем меньше будет вихревой ток.

Чем тоньше диск; Меньший Вихреток будет

Коммутатор

Коллектор состоит из небольших медных пластин, закрепленных на валу.Каждая пластина электрически изолирована друг от друга, а также от вала. Конец каждой катушки соединен с отдельной пластиной коллектора. В этой конструкции каждая пластина коллектора соединена с двумя катушками.

Пластины подают электричество на катушки. Чтобы подать электричество от батареи к пластинам, у нас есть несколько щеток, которые трутся о пластины. Ручки щетки удерживают их на месте. Когда мы замкнем цепь, электричество будет поступать в сегменты коммутатора через щетки, а затем течь в 1 или 2 катушки, когда путь станет доступным.

Ток протекает между щетками

В определенные моменты вращения щетки соприкасаются с двумя пластинами. Это создаст дугу, и мы получим небольшие вспышки синего света. Дуги трения со временем разрушат щетку.

Правило левой руки Флеминга

Что-то, что мы должны понять, это правило левой руки Флеминга, и для этого нам нужно использовать нашу левую руку в этой забавной форме. Вы должны помнить, что правило Флемингса использует ОБЫЧНЫЙ ТОК, а не поток электронов.Условный ток от положительного к отрицательному.

Мы используем правило левой руки Флеминга, чтобы выяснить, в каком направлении катушка будет толкать и тянуть, поскольку электромагнитное поле взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.

Если мы посмотрим на провод и визуализируем, какой конец соединен с плюсом или минусом, мы сможем определить направление силы.

Для этого вытяните левую руку плашмя и представьте себе, что это большой палец, затем пальцы 1, 2, 3 и 4.Сомкните пальцы 4 и 3. Направьте палец 2 вправо, палец 1 направьте прямо вперед, а большой палец направьте вверх.

Ваши 2 пальца и указывают направление обычного тока от плюса к минусу. Палец 1 st указывает на магнитное поле постоянного магнита с севера на юг. Ваш большой палец будет указывать в направлении движения.

Правило левой руки Флеминга

Мы составили руководство в формате PDF, в котором есть несколько примеров, которые помогут вам это запомнить.

🎁 Получите руководство Флеминга в формате PDF БЕСПЛАТНО здесь ➡️ Здесь

Итак, если мы посмотрим на этот пример, обычный ток движется к нам, а магнитное поле движется слева направо. Итак, мы указываем 2 -й палец на себя, а 1-й палец — в направлении магнитного поля. Таким образом, наш большой палец направлен вверх, а это означает, что сила, действующая на провод, сдвинет его вверх.

Upward Force

В этом примере у нас есть обратный ток в проводе, поэтому он движется от нас.Поэтому мы переворачиваем руку так, чтобы наш 2 и палец указывал от нас. Наш указательный палец по-прежнему указывает в направлении магнитного поля, а большой палец направлен вниз. Это означает, что сила, действующая на провод, сместит его вниз.

Нисходящая сила

Если мы смотаем проволоку в катушку, как теперь будут действовать силы? Ну, нам нужно рассматривать катушку как две половины. В левой половине условный ток течет от нас, поэтому наша рука переворачивается, и мы видим, что получаем направленную вниз силу.С правой стороны условный ток течет к нам, поэтому сила направлена ​​вверх. Следовательно, у нас есть комбинированная сила, направленная вверх и вниз, поэтому катушка будет вращаться. Итак, теперь мы видим, как вращается мотор, давайте посмотрим подробнее.

Левая сторона Правая сторона

Операция

Хорошо, давайте рассмотрим работу двигателя постоянного тока в замедленном темпе. Укажем лишь основные части, это северный и южный магниты, которые концентрируют магнитное поле через центр.В центре мы находим вал, прикрепленный к валу, у нас есть ротор, обернутый вокруг ротора, у нас есть катушки, соединяющие катушки, у нас есть коммутатор, и для подачи питания на коммутатор у нас есть щетки и щетки. Затем у нас есть блок питания.

Ротор, катушки и коммутатор будут вращаться, все остальное останется неподвижным.

Деталь двигателя постоянного тока

Мы собираемся рассмотреть поток обычного тока и силы, которые возникают на длинных сторонах каждой катушки.Мы также обозначим эти катушки 1, 2 и 3. А пластины коммутатора a, b и c.

Положение 1
  1. В этом первом положении обычный ток будет течь от плюса батареи к пластине А, затем через обе катушки 1 и 3, через пластины В и С в правую щетку и обратно к батарее. Правая сторона катушки 1 имеет направленную вниз силу, а левая сторона имеет направленную вверх силу. Катушка 3 имеет восходящую силу с этой стороны и направленную вниз силу с этой стороны. Так и вращается.
Позиция 2

2.Теперь ток проходит через пластину A только в катушку 1, а затем выходит через пластину B. Это создает восходящую силу слева и направленную вниз силу справа.

Позиция 3

3. Теперь ток течет через пластины A и C через катушки 1 и 2 в пластину B. Катушка 1 имеет направленную вверх силу слева и направленную вниз справа. Катушка 2 имеет направленную вверх силу слева и направленную вниз справа.

Позиция 4

4. Теперь ток течет через пластину c в катушку 2 и пластину b. левая сторона катушки 2 имеет направленную вверх силу, а правая — направленную вниз силу.

Позиция 5

5. Теперь ток проходит через пластину c в катушки 3 и 2 и выходит через пластины a и b. это дает нам наши восходящие и нисходящие силы на катушках.

Позиция 6

6. Теперь ток течет через пластину с в катушку 3, а затем выходит через пластину а, создавая силы, направленные вверх и вниз.

Позиция 7

7. Теперь ток течет через пластины с и В, через катушки 3 и 1 и выходит через пластину а, создавая силы с каждой стороны.

Позиция 8

8. Теперь ток течет через пластину b в катушку 1 и выходит через пластину a, что создает наши силы.

Позиция 9

9. Теперь ток проходит через пластину b в катушки 2 и 1, затем выходит через пластины c и a.

Позиция 10

10. Теперь ток течет через пластину b в катушку 2, а затем выходит через пластину c.

Позиция 11

11. Теперь ток течет через пластины B и A в катушки 2 и 3, а затем выходит через пластину c.

Затем это повторяется снова и снова, что дает нам силу вращения, которую мы используем для привода вентиляторов, шестерен, колес и шкивов.

Потоки тока, создающие силы

Если мы реверсируем источник питания, мы реверсируем ток, и это изменит силы и, следовательно, направление вращения, поэтому мы используем магнитные силы и электричество для создания простого двигателя.


Лаборатория автомобильной электроники Clemson: Коллекторные двигатели постоянного тока

Коллекторные двигатели постоянного тока

Основное описание
Двигатели постоянного тока

во многих отношениях являются самыми простыми электродвигателями. Все «коллекторные» двигатели постоянного тока работают одинаково. Есть статор (большая неподвижная часть) и ротор (меньшая часть, вращающаяся вокруг оси внутри статора). На статоре есть магниты, а на роторе есть катушка, которая магнитно заряжается за счет подачи на нее тока.Щетки отвечают за передачу тока от стационарного источника постоянного напряжения к вращающемуся ротору. В зависимости от положения ротора его магнитный заряд будет изменяться и производить движение в двигателе. Анимация ниже дополнительно объясняет основную работу двигателя постоянного тока. При использовании источника питания постоянного тока требуется очень мало элементов управления. Для управления скоростью можно использовать встроенное переменное сопротивление для изменения величины тока, достигающего катушек.

Анимация работающего электродвигателя постоянного тока.

На анимации справа показан работающий двигатель постоянного тока.Показанный двигатель представляет собой упрощенный «двухполюсный» двигатель, в статоре которого используются всего два магнита. В этом случае магниты в статоре для простоты являются постоянными магнитами. Двигатель постоянного тока может стать очень сложным, если добавить больше полюсов, но стандартный «щеточный» двигатель постоянного тока любой конфигурации работает по тем же принципам, что и здесь. Щетки подают ток от источника постоянного напряжения, который подает магнитное поле на этот конец ротора. Полярность поля зависит от течения тока.Когда ротор вращается, щетки соприкасаются с одной стороной источника постоянного тока, затем ненадолго не соприкасаются ни с чем, затем продолжают соприкасаться с другой стороной источника постоянного тока, эффективно изменяя полярность ротора. Время этого изменения определяется геометрической установкой щеток и приводит к источнику постоянного тока. Анимация помогает проиллюстрировать, как в момент максимального притяжения ток изменит направление и, таким образом, изменит полярность ротора.В этот момент максимальное притяжение внезапно сменяется максимальным отталкиванием, которое создает крутящий момент на валу ротора и заставляет двигатель вращаться.

Компоненты двигателя постоянного тока

СТАТОР: Статор состоит либо из постоянного магнита, либо из электромагнитных обмоток. Статор создает стационарное магнитное поле вокруг ротора, занимающего центральную часть двигателя.

АРМАТУРА (ротор): Якорь состоит из одной или нескольких электрических обмоток вокруг плеч якоря.Эти электрические обмотки генерируют магнитное поле, когда на них подается внешний ток. Таким образом, магнитные полюса, генерируемые этим полем ротора, притягиваются к противоположным полюсам, генерируемым полем статора, и отталкиваются от таких же полюсов, что заставляет якорь вращаться.

КОММУТАТОР: Двигатель постоянного тока не использует внешнее устройство переключения тока, вместо этого он использует механический соединитель, называемый коммутатором, который представляет собой сегментированную втулку, обычно сделанную из меди, установленную на вращающемся валу.Ток +/- подается на эти сегменты коммутатора с помощью щеток.

ЩЕТКИ: Когда двигатель вращается, щетки скользят по сегментам коллектора, тем самым создавая переменное магнитное поле в разных плечах через сегменты коммутатора, прикрепленные к обмоткам. Следовательно, при приложении напряжения к щеткам в двигателе создается динамическое магнитное поле.

Коллекторный двигатель постоянного тока имеет механический скользящий контакт между щетками и коллекторным кольцом.Щетки и пружина, по которой течет ток, время от времени нуждаются в замене. Коллектор также нуждается в периодической очистке или замене.

Производители
Балдор, Бош, Цирк, Эмерсон, Грошопп, Кинетек, Линч Мотор Компани, Мет Моторс, МикроМо, Группа управления движением, Нью Бхарат Электрик, Питтман, Портескап, Пауэртек, Теко
Для получения дополнительной информации
[1] Коллекторный электродвигатель постоянного тока, Википедия.
[2] Что такое двигатель постоянного тока? Мудрый гик.
[3] Электродвигатели постоянного тока, учебное пособие на веб-сайте гиперфизики Университета штата Джорджия.
[4] Понимание и использование спецификаций двигателей постоянного тока, Gears Educational Systems, LLC.
[5] Как работает двигатель постоянного тока?, eHow.com.
[6] Основы работы с коллекторным двигателем постоянного тока, часть 1 из 2, YouTube, 22 декабря 2008 г.
[7] Основы работы с коллекторным двигателем постоянного тока, часть 2 из 2, YouTube, 22 декабря 2008 г.
[8] Расчеты двигателя постоянного тока, Информационный документ National Instruments, сентябрь.22, 2014.

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC Motor) — как они работают?

Что такое двигатель постоянного тока с постоянными магнитами (двигатель постоянного тока с постоянными магнитами)?

В двигателе постоянного тока якорь вращается внутри магнитного поля. Основной принцип работы двигателя постоянного тока основан на том факте, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на этот проводник действует механическая сила.

Все типы двигателей постоянного тока работают по этому принципу.Следовательно, для создания двигателя постоянного тока необходимо создать магнитное поле. Магнитное поле создается с помощью магнита. Вы можете использовать разные типы магнитов — это может быть электромагнит или постоянный магнит.

A Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами ( Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами ) представляет собой тип двигателя постоянного тока, в котором используется постоянный магнит для создания магнитного поля, необходимого для работы двигателя постоянного тока.

Вы когда-нибудь пользовались игрушкой на батарейках? Двигатель, который приводит в движение эти игрушки, представляет собой не что иное, как двигатель постоянного тока с постоянными магнитами или двигатель PMDC .Эти типы двигателей просты по конструкции.

Они обычно используются в качестве стартера в автомобилях, стеклоочистителях, омывателях, вентиляторах, используемых в обогревателях и кондиционерах, для подъема и опускания окон, а также широко используются в игрушках.

Поскольку напряженность магнитного поля постоянного магнита является фиксированной, ею нельзя управлять извне, управление полем этого типа двигателя постоянного тока невозможно.

Таким образом, двигатель постоянного тока с постоянными магнитами используется там, где нет необходимости контролировать скорость двигателя (что обычно делается путем управления магнитным полем).Небольшие дробные и субдробные двигатели кВт часто конструируются с использованием постоянного магнита.

Конструкция двигателя постоянного тока с постоянными магнитами или двигателя постоянного тока с постоянными магнитами

Как указано в названии двигателя постоянного тока с постоянными магнитами, полюса возбуждения этого двигателя в основном изготовлены из постоянного магнита.

Двигатель PMDC в основном состоит из двух частей. Статор и якорь. Здесь статор представляет собой стальной цилиндр. Магниты установлены на внутренней периферии этого цилиндра.

Постоянные магниты устанавливаются таким образом, что полюса N и S каждого магнита попеременно обращены к якорю, как показано на рисунке ниже. Это означает, что если N-полюс одного магнита обращен к якорю, то S-полюс следующего магнита обращен к якорю.

Помимо удержания магнита на его внутренней периферии, стальной цилиндрический статор также служит в качестве обратного пути для магнитного потока с низким магнитным сопротивлением.

Хотя катушка возбуждения не требуется в двигателе постоянного тока с постоянными магнитами, иногда обнаруживается, что они используются вместе с постоянными магнитами.

Это связано с тем, что если постоянные магниты теряют свою силу, эти потери магнитной силы можно компенсировать путем возбуждения поля через эти катушки возбуждения. Как правило, в этих постоянных магнитах используются редкоземельные магнитно-твердые материалы.

Ротор двигателя постоянного тока подобен другим двигателям постоянного тока. Ротор или якорь двигателя постоянного тока с постоянными магнитами также состоит из сердечника, обмоток и коллектора. Сердечник арматуры выполнен из изолированного ряда лаков, щелевого кругового проката из стальных листов.

При соединении этих круглых стальных листов один за другим образуется сердечник арматуры цилиндрической формы с прорезями. Многослойные стальные листы с лаковой изоляцией используются для уменьшения потерь на вихревые токи в якоре двигателя постоянного тока с постоянными магнитами.

Эти прорези на внешней периферии сердечника якоря используются для размещения в них проводников якоря. Проводники якоря соединены соответствующим образом, образующим обмотку якоря.

Концевые выводы обмотки присоединяются к сегментам коллектора, размещенным на валу двигателя.Как и в других двигателях постоянного тока, угольные или графитовые щетки размещаются с пружинным давлением на сегментах коллектора для подачи тока на якорь.

Принцип работы двигателя постоянного тока с постоянными магнитами или двигателя постоянного тока

Как мы уже говорили ранее, принцип работы двигателя постоянного тока аналогичен общему принципу работы двигателя постоянного тока. То есть, когда несущий проводник попадает внутрь магнитного поля, на проводник действует механическая сила, и направление этой силы определяется правилом левой руки Флеминга.

Как и в двигателе постоянного тока с постоянными магнитами, якорь находится внутри магнитного поля постоянного магнита; якорь вращается в направлении создаваемой силы.

Здесь на каждый проводник якоря действует механическая сила F = B.I.L Ньютон, где B — напряженность магнитного поля в Теслах (вебер/м2), I — ток в амперах, протекающий через этот проводник, а L — длина проводника в метр попадает под действие магнитного поля.

На каждый проводник якоря действует сила, и совокупность этих сил создает крутящий момент, который стремится вращать якорь.

Эквивалентная схема двигателя постоянного тока с постоянными магнитами или двигателя постоянного тока с постоянными магнитами

Как и в двигателе постоянного тока с постоянными магнитами, поле создается постоянным магнитом, нет необходимости рисовать катушки возбуждения в эквивалентной схеме двигателя постоянного тока с постоянными магнитами.

Напряжение питания якоря будет иметь падение сопротивления якоря, а остальной части напряжения питания противодействует противо-ЭДС двигателя. Следовательно, уравнение напряжения двигателя определяется как

Где I — ток якоря, а R — сопротивление якоря двигателя.

E b — противоэдс, а V — напряжение питания.

Преимущества двигателя постоянного тока с постоянными магнитами или двигателя с постоянными магнитами

Преимущества двигателя с постоянными магнитами:

  1. Нет необходимости в системе возбуждения возбуждения.
  2. Не потребляется входная мощность для возбуждения, что повышает эффективность двигателя постоянного тока.
  3. Нет катушки возбуждения, поэтому экономится место для катушки возбуждения, что уменьшает общий размер двигателя.
  4. Дешевле и экономичнее для приложений с дробной мощностью в кВт.
Недостатки двигателя постоянного тока с постоянными магнитами или двигателя с постоянными магнитами

Недостатки двигателя постоянного тока с постоянными магнитами: реакция якоря.

  • Существует вероятность постоянного размагничивания полюсов (частичного) из-за чрезмерного тока якоря во время пуска, реверсирования и перегрузки двигателя.
  • Поле в воздушном зазоре фиксировано и ограничено – им нельзя управлять извне. Это затрудняет для этого типа двигателя достижение эффективного управления скоростью двигателя постоянного тока в этом типе двигателя.
  • Применение двигателя постоянного тока с постоянными магнитами или двигателя постоянного тока с постоянным магнитом

    Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом широко используется там, где требуются небольшие двигатели постоянного тока, а также не требуется очень эффективное управление, например, в автомобильных стартерах, игрушках, стеклоочистителях, стиральных машинах, вентиляторах. , кондиционеры, компьютерные дисководы и многое другое.

    Как работают двигатели постоянного тока (универсальные двигатели)

    Как работают двигатели постоянного тока (универсальные двигатели)

    Мне часто задают вопросы о двигателях, поэтому я решил написать статью. и видео о том, как они работают.

    В большинстве случаев используются два основных типа двигателей: Двигатели постоянного тока (или универсальные) и асинхронные двигатели. Двигатели постоянного тока понять гораздо проще, поэтому я начну с них.

    Универсальные двигатели используются в большинстве ручных электроинструментов, таких как дрели, фрезеры, лобзики и шлифовальные машины.

    Я открыл одну из своих сверл, чтобы показать внутренности и вынуть ротор. чтобы продемонстрировать это.

    Ротор обычного двигателя постоянного тока состоит из металлического сердечника с на нем медные обмотки, которые одним концом соединены с контактами. Эти контакты называются «коммутаторами».

    Эти обмотки и контакты расположены таким образом, что если ток прикладывается к контактам коммутатора на противоположных концах, ротор образует электромагнит с севером и югом, выровненными с контактами где применяется ток.

    Здесь я подаю ток, используя тонкие телефонные провода, прижатые к коммутаторы и проверка магнитного поля с помощью компаса. Если я изменить, где я подаю ток (к разным коммутаторам) их магнитное поле также вращается, чтобы выровняться с коммутаторами, которые я применяю ток до.

    Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что ротор действует как электромагнит, что обычно примерно на 90 градусов не совпадает с полюсами вокруг него (статор). Северный и южный полюса магнитов притягивать друг друга.Итак, магнетическое притяжение хочет повернуть ротор, чтобы совместить его со статором.

    Если бы ротор и статор нашего двигателя были постоянными магнитами, поверните только на 1/4 оборота и затем остановитесь.

    Но ротор — это электромагнит, и при его вращении возникает ток. подается на разные контакты коммутатора. Здесь с телефоном провода, а в моторе с кусочками нагара (которые не изнашиваются как быстро). Я подаю ток только от 1,5-вольтовой батареи, и держа магнит рядом с ротором.Этого на самом деле достаточно, чтобы сделать это повернуться, медленно.

    Приведенная выше демонстрация не делает двигатель очень хорошим. Держа магниты рядом с ротором — не лучший способ подвергнуть его магнитное поле. «Поток» магнитного поля должен образовывать петлю, но магнитный поток не очень хорошо проходит через воздух. Железо о в тысячу раз более магнитопроницаем, чем воздух (вот почему двигатель использует железо в роторе). Я согнул кусок железа толщиной 2 мм в С-образной формы, и воткнул внутрь несколько редкоземельных магнитов.Я также сделал несколько блоков, чтобы держать подшипники. Теперь, подав 1,5 вольта, крутится намного лучше, хотя все равно не очень быстро.

    Часть проблемы заключается в том, что двигатель также действует как генератор. Здесь, Я раскручиваю ротор вручную и получаю показания напряжения как высоко как 0,6 вольта, только от этой договоренности. Как двигатель спины, изменяющиеся магнитные поля индуцируют обратное напряжение в катушки, и это ограничивает скорость, с которой двигатель будет вращаться для данного Напряжение.

    Затем я подал на ротор 30 вольт, и он стал ужасно вращаться. быстро, учитывая, что он просто свободно сидит в этом расположении.Но универсальные моторы в реальной эксплуатации обычно работают на скорости от 100 до 200 об/мин. оборотов в секунду.

    Мой улучшенный способ удерживания магнитов все еще не оптимален по сравнению с настоящий мотор. В реальном двигателе статор сделан из много железа, что дает много места для магнитного потока, чтобы сформировать петля, поэтому ротор подвержен гораздо большему магнетизму.

    Статор также близко повторяет кривизну ротора, так что магнитный поток должен проходить через воздушный зазор толщиной менее 1 мм.

    В реальном двигателе ток подается на коллектор с углеродом. «кисти». Я представляю «щетки» в первых электродвигателях реально были похожи на щетки, но сегодня всегда используются кусочки углерода. карбоновые направляющие с относительно небольшим износом коллектора. Но это изнашивается, поэтому на щетках всегда есть пружины, подталкивая их ближе к коммутатору по мере их износа. В конце концов, щетки слишком изнашиваются, чтобы обеспечить эффективный контакт. Таким образом, этот тип двигателя подходит для ручных инструментов, где если он перестанет работать, это не вызовет серьезных проблем.Но для приложений где двигатель должен работать без присмотра в течение длительного времени (например, в холодильник, отопительная печь, водоотливной насос или вентилятор в ванной) индукция вместо них используются двигатели.

    Также есть подробная Статья в Википедии о коммутаторах , в которой говорится о гораздо большем подробно об этом типе двигателя.

    Другие распространенные типы двигателей:

    Бесщеточные двигатели постоянного тока
    В последние годы бесщеточные двигатели постоянного тока все чаще используются в беспроводные инструменты. Бесщеточный двигатель постоянного тока по своей концепции похож на двигатель постоянного тока. двигатель, но вместо щеток для коммутации используются транзисторы. обмотки.Это обеспечивает более эффективное и продолжительное мотор. Однако, чтобы облегчить подачу тока на обмотки, в в них ротор представляет собой постоянный магнит, а статор имеет обмотки которые меняют поле. Силовая электроника также необходима для управления обмотки. Самый простой бесщеточный двигатель, с которым вы столкнетесь, — это любой вентилятор. с ПК. Жесткие диски также используют бесщеточный DC моторы. Бесщеточные двигатели постоянного тока могут быть очень эффективными и долговечными. долговечны, поэтому они также используются в новых беспроводных инструментах, и несколько электромобилей.
    Проверка бесколлекторного двигателя постоянного тока (видео)

    Шаговые двигатели
    Шаговые двигатели используются во многих компьютерных периферийных устройствах, особенно сканеры и старые принтеры. Они также используются для управления домом построены фрезерные станки с ЧПУ. Они часто издают скулящий звук при длительном движении. расстояния. Их преимущество в том, что компьютер может точно контролировать их вращение без необходимости использования дополнительных датчиков обратной связи. Однако они не очень быстрые, эффективные или мощные. Их главная Преимуществом является компьютерная управляемость при низкой стоимости.

    Асинхронные двигатели
    Асинхронные двигатели обычно используются в стационарных машинах, которые должны запускать на длительные периоды. На самом деле они намного проще по конструкции. чем двигатели постоянного тока, но их сложнее объяснить. Я написал отдельная статья про асинхронные двигатели.

    Еще статьи по физике:

    Дополнительные сведения о двигателях:

    Все о шунтирующих двигателях постоянного тока

    Электродвигатели принесли нам почти все современные удобства, позволив нам превращать электрическую энергию в физическое движение.Эти машины помогли нам создать такие чудеса, как транспортные средства, компьютеры, кондиционеры и многое другое, и все это благодаря разнообразию электродвигателей, доступных в промышленности. Двигатель постоянного тока — электродвигатель, в котором используется источник питания постоянного тока, такой как батарея, — является одной из наших самых старых, но наиболее широко используемых конструкций, и в этой статье будет рассмотрен один конкретный двигатель постоянного тока, шунтирующий двигатель постоянного тока. На первый взгляд может быть трудно увидеть уникальные свойства этого двигателя, но эта статья призвана помочь выделить эти различия и показать, почему инженеры могут предпочесть эту конструкцию другим моделям.Мы надеемся, что эта статья, изучая настройку, работу и технические характеристики шунтирующих двигателей постоянного тока, поможет разработчикам сделать более осознанный выбор при создании правильной машины для своего приложения.

    Что такое коллекторный двигатель постоянного тока и как он работает?

    Шунтирующий двигатель постоянного тока — это просто особый тип щеточного двигателя постоянного тока, поэтому будет полезно сначала объяснить основные принципы, общие для всех этих конструкций (похожее объяснение можно найти в нашей статье о двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой).Рисунок 1 дает упрощенное представление о том, как работают двигатели постоянного тока, и показан ниже:

     

    Рис. 1: Упрощенная принципиальная схема двигателей постоянного тока. Обратите внимание, что поле статора не включено в схему, так как его размещение зависит от того, как работает двигатель постоянного тока.

    Все двигатели постоянного тока состоят из двух основных частей: статора — внешнего корпуса, содержащего поле статора, и ротора — вращающегося компонента, подключенного к источнику питания постоянного тока. Поле статора может состоять либо из настоящих постоянных магнитов, либо из проволочной обмотки (или «обмотки возбуждения», показанной на рис. 1), которые создают постоянное магнитное поле через узел ротора.Ротор состоит из якоря, обмоток якоря, выходного вала, коллекторов и щеток. Обмотка якоря представляет собой катушку проволоки, которая проходит через якорь или через пластины металла, направляющие обмотки якоря вокруг выходного вала. Эти якорные обмотки заканчиваются на кольцах коммутатора, которые механически отделены от источника постоянного тока (другими словами, они «парят» над выходным валом, ожидая, когда их толкнут щетки). Когда оператор запускает двигатель, щетки защелкиваются на кольцах коллектора и замыкают цепь на рис. 1, заставляя ток течь через щетки, кольца коллектора и обмотки якоря.При этом в якоре создается электромагнитное поле, противодействующее постоянному полю статора. Поскольку ротор может свободно вращаться, взаимодействие между этими двумя полями вызывает вращение выходного вала и, в конечном счете, полезную скорость/крутящий момент.

    Что такое шунтирующие двигатели постоянного тока и как они работают?

    Теперь, когда мы показали общие принципы для всех двигателей постоянного тока, давайте взглянем на конкретное расположение шунтирующего двигателя постоянного тока, показанное ниже на рисунке 2:

    Рис. 2: Принципиальная схема шунтирующих двигателей постоянного тока.Обратите внимание, что обмотка возбуждения подключена параллельно узлу ротора — это определяющая особенность шунтирующих двигателей постоянного тока.

    Обмотка возбуждения, создающая постоянное магнитное поле в статоре, соединяется параллельно или параллельно с обмотками якоря в шунтирующих двигателях постоянного тока. Таким образом, для питания якоря и обмотки возбуждения используется один и тот же источник питания, а общий ток разделяется на два «параллельных» пути.

    Обмотка возбуждения в шунтирующих двигателях постоянного тока состоит из множества витков тонкой проволоки, чтобы увеличить силу магнитного поля и ограничить ток через катушку.Таким образом, ток через катушку возбуждения уменьшается и, таким образом, увеличивается в якоре (помните, что при параллельном соединении ток распределяется). Больший ток в якоре создает явление, известное как обратная ЭДС — электродвижущая сила, создаваемая магнитным полем якоря, вращающимся через поле статора, — а обратная ЭДС служит для уменьшения тока через обмотку якоря.

    По мере увеличения скорости двигателя эта противо-ЭДС увеличивается (поскольку она пропорциональна скорости) и аналогичным образом уменьшается, если вращение якоря замедляется из-за увеличения нагрузки на вал.Это дает шунтирующим двигателям постоянного тока уникальную способность саморегулировать свою скорость, особенно когда на вал воздействует большая нагрузка, и поэтому они в просторечии известны как двигатели с постоянной скоростью. Таким образом, параллельные двигатели имеют низкий пусковой момент, но постоянную скорость; это противоположно двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением, где их пусковой момент высок, но практически нет регулирования скорости (дополнительную информацию см. в нашей статье о двигателях постоянного тока с последовательным возбуждением). Они также обратимы простым изменением полярности катушки якоря или катушки возбуждения.

    Технические характеристики параллельного двигателя постоянного тока

    Полезно знать, на какие значения обращать внимание при выборе шунтирующего двигателя постоянного тока. В этой статье будут кратко рассмотрены некоторые общие спецификации, на которые следует обратить внимание, но знайте, что в большинстве спецификаций содержится гораздо больше информации, чем та, что представлена ​​здесь.

    Напряжение якоря/возбуждения

    Из-за того, что обмотки якоря и обмотки возбуждения соединены параллельно, на каждый компонент приходится два отдельных напряжения (хотя и не на всю цепь; помните, что они используют один и тот же источник питания).В результате в большинстве спецификаций указаны два номинальных напряжения для шунтирующего двигателя постоянного тока, по одному на каждую катушку, часто с диапазонами. Например, шунтирующий двигатель может иметь напряжение возбуждения 220 В с максимальным значением до 500 В и напряжение якоря 440 В с максимальным значением до 600 В. Обратите внимание, что эти значения зависят от типоразмера и конструкции двигателя. Также обратите внимание, что двигатель постоянного тока никогда не следует использовать с источником питания, напряжение которого ниже его номинального напряжения, так как это снижает производительность и может привести к перегреву.

    Мощность и базовая скорость

    Поскольку эти двигатели считаются двигателями с постоянной скоростью, обычно в спецификации указывается базовая скорость, а также соответствующая мощность (в л.с. или кВт).Эти значения показывают, что двигатель может перемещать и как быстро он может перемещать его, хотя двигатели постоянного тока с параллельным подключением могут регулировать свою скорость даже при изменении нагрузки (в пределах безопасных допусков).

    Размер/размер рамы

    Существуют стандартные размеры рамы, установленные NEMA, чтобы облегчить покупателю замену между продавцами двигателей, но обычно размеры двигателя всегда указываются, если они не стандартизированы. Размер рамы даст спецификатору представление о том, как двигатель подойдет для любого конкретного применения, и дает приблизительное представление о том, насколько мощным будет двигатель (хотя размер электродвигателя может ввести в заблуждение, поэтому будьте осторожны).

    Жизнь щетки

    Поскольку в шунтирующем двигателе постоянного тока для подключения источника питания к вращающемуся якорю используются щетки, они со временем естественным образом изнашиваются. Большинство двигателей постоянного тока имеют срок службы щеток (в часах), поэтому операторы могут записывать, как долго щетки использовались и когда их нужно заменить. Очень важно обслуживать эти двигатели, заменяя щетки при необходимости, иначе они могут выйти из строя или перестать работать.

    Применение и критерии выбора

    В отличие от серийных двигателей постоянного тока, шунтирующие двигатели постоянного тока лучше всего подходят для приложений с постоянной скоростью благодаря своей конструкции с обратной связью.Они могут поддерживать точное число оборотов и крутящий момент даже при различных условиях нагрузки, что делает их полезными для деревообрабатывающего оборудования, шлифовальных станков или любого другого вращающегося электроинструмента, где пользователь будет толкать против вращения. Обратите внимание, что эти двигатели имеют низкий пусковой крутящий момент, поэтому эти двигатели не могут быть подключены к большой нагрузке при запуске и должны ожидать использования на номинальной скорости. Они также немного теряют скорость при большой нагрузке, так как ни один электродвигатель не работает в идеальных условиях, и все испытывают потери.

    Эти двигатели очень просты в установке, с возможностью работы с регуляторами скорости.Чаще всего они используются в вышеупомянутых электроинструментах, а также в автомобильных стеклоочистителях, автомобильных окнах, компьютерных вентиляторах и т. д. Хотя изначально шунтирующие двигатели постоянного тока не такие мощные, как их родственники с последовательной обмоткой, они не колеблются при обеспечении своей механической мощности, обеспечивая пользователям постоянство по сравнению с чистой выходной мощностью.

    Резюме

    В этой статье представлено понимание того, что такое шунтирующие двигатели постоянного тока и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

    Источники:
    1. https://itp.nyu.edu/physcomp/lessons/dc-motors/dc-motors-the-basics/
    2. http://www.ece.ua.edu/courses/material/EE410-Wms2/Electric%20motors.pdf
    3. http://www2.mae.ufl.edu/designlab/Class%20Projects/Background%20Information/Electric%20DC%20motors.htm

    Другие изделия для двигателей

    Больше из Машины, инструменты и расходные материалы

    Двигатели переменного и постоянного тока: различия и преимущества

    Электродвигатели играют важную роль почти в каждой отрасли.Использование правильного типа двигателя с высококачественными деталями и регулярное техническое обслуживание обеспечивают бесперебойную работу вашего объекта и предотвращают повреждение конечного оборудования из-за износа или скачков напряжения.

    Компания Gainesville Industrial Electric может помочь вашей компании выбрать подходящие промышленные электродвигатели и детали для ваших задач.

     

    A Основные сведения об электродвигателях

    Электродвигатели — это машины, которые преобразуют электрическую энергию — либо из накопленной энергии, либо из прямого электрического соединения — в механическую энергию за счет создания силы вращения.Два основных типа электродвигателей :

    • двигатели переменного тока , которые питаются от переменного тока
    • двигатели постоянного тока , которые питаются от постоянного тока

    Как работают электродвигатели переменного тока 900 Двигатели постоянного тока используют электрический ток для создания вращающихся магнитных полей, которые, в свою очередь, создают вращательную механическую силу в якоре, расположенном на роторе или статоре, вокруг вала. В различных конструкциях двигателей используется одна и та же базовая концепция для преобразования электрической энергии в мощные импульсы силы и обеспечения динамических уровней скорости или мощности.

    Основные компоненты двигателя

    Хотя электродвигатели могут различаться по конструкции или типу, многие из них содержат следующие детали и узлы (расположены от центра наружу):

    • Центральный вал двигателя
    • Обмотки
    • Подшипники (для уменьшения трения и износа)
    • Якорь (расположенный на роторе, вращающейся части или статоре, неподвижной части)
    • Щетки (в двигателях постоянного тока)
    • Клеммы
    • Рама и торцевые щиты

    Типы электродвигателей: переменный ток vs.Двигатели постоянного тока

    Двигатели переменного и постоянного тока представляют собой широкие категории двигателей, которые включают в себя более мелкие подтипы. Асинхронные двигатели, линейные двигатели и синхронные двигатели, например, все типы двигателей переменного тока. Двигатели переменного тока также могут включать частотно-регулируемые приводы для управления скоростью и крутящим моментом двигателя, а двигатели постоянного тока доступны в моделях с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

    Привод переменного тока с регулируемой скоростью

    Преимущества двигателя переменного тока по сравнению с двигателем постоянного тока

    Каждый тип двигателя имеет различные преимущества, которые делают их наиболее подходящими для различных коммерческих и промышленных применений.Например, двигатели переменного тока гибки и просты в управлении. Некоторые из их других преимуществ включают в себя:

    • Низкое начальное энергопотребление, которое также защищает компоненты на принимающей стороне
    • Контролируемые уровни пускового тока и ускорения использование
    • Высокая надежность и увеличенный срок службы
    • Возможности для многофазных конфигураций

    Двигатели постоянного тока также обладают собственными преимуществами , такими как:

  • Быстрое время отклика на пуск, останов и ускорение
  • Наличие нескольких стандартных напряжений
  • Какой двигатель более мощный: переменного или постоянного тока?

    Двигатели переменного тока обычно считаются более мощными, чем двигатели постоянного тока, поскольку они могут генерировать более высокий крутящий момент за счет более мощного тока.Однако двигатели постоянного тока обычно более эффективны и лучше используют входную энергию. Двигатели как переменного, так и постоянного тока бывают разных размеров и мощностей, которые могут удовлетворить требования к мощности в любой отрасли.

    Применение двигателей переменного и постоянного тока

    Двигатели как переменного, так и постоянного тока находят применение в процессах и установках почти во всех отраслях промышленности. Некоторые из наиболее распространенных промышленного применения для двигателей переменного тока включают в себя:

    • приборы
    • приводы компрессоров и систем
    • Компьютеры
    • Конвейерные системы
    • Вентиляторы и кондиционеры
    • Гидравлические и ирригационные насосы
    • Транспортировка оборудования

    Общие промышленные применения для двигателей постоянного тока включают:

    • Производство и производственные установки
    • Машины, требующие постоянной мощности, такие как пылесосы, лифты и швейные машины
    • Складское электрическое сортировочное оборудование

     

    2 90 Правильный выбор Двигатель для вашего промышленного применения

    Установка и техническое обслуживание подходящих двигателей на объектах и ​​оборудовании вашей компании является важным шагом к обеспечению бесперебойной работы и производства.

    Gainesville Industrial Electric продает и обслуживает двигатели переменного и постоянного тока, запчасти и многое другое. Мы также являемся авторизованным заводским гарантийным центром. Чтобы получить помощь в выборе подходящего электродвигателя или промышленной сборки для вашего применения, свяжитесь с нами или запросите дополнительную информацию сегодня, чтобы получить предложение.


     

    Связанное содержание:

    В чем разница между двигателем переменного и постоянного тока?

    Двигатель переменного тока и его механизм

    В двигателе переменного тока снаружи расположено кольцо электромагнитов (составляющее статор).Который может быть разработан для обеспечения вращающегося магнитного поля. Внутри статора есть ось из цельного металла, петля из проволоки, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединения. Есть также некоторые другие свободно вращающиеся металлические детали, которые могут проводить электричество.

    Ротор, подвешенный внутри магнитного поля, работает как электрический проводник. Из-за своего вращения магнитное поле постоянно меняется. Согласно закону электромагнетизма Фарадея, магнитное поле создает (или индуцирует) электрический ток внутри ротора.Если проводник представляет собой кольцо или проволоку, ток течет по нему по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вокруг него закручиваются вихревые токи.

    В любом случае индуцированный ток создает собственное магнитное поле и, в соответствии с другим законом электромагнетизма (законом Ленца), пытается остановить то, что вызывает вращающееся магнитное поле, — тоже вращаясь. Двигатели переменного тока предлагают относительно эффективный метод производства механической энергии из простого электрического входного сигнала.

    Двигатель постоянного тока и его механизм

    Эти двигатели основаны на куске проволоки, согнутой в прямоугольную петлю. Эта петля подвешена между полюсами магнита. При подключении провода и подключении его к батарее через него протекает постоянный ток (DC), и, таким образом, вокруг него создается временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает первоначальное поле от постоянного магнита, в результате чего провод переворачивается.

    Обычно провод останавливается в этой точке, а затем снова переворачивается.Но если используется оригинальное вращающееся соединение (которое называется коммутатором), ток можно менять на противоположное каждый раз, когда провод переворачивается. Это означает, что провод будет продолжать вращаться в одном и том же направлении до тех пор, пока по нему течет ток. Суть этого простого электродвигателя постоянного тока была придумана в 1820-х годах Майклом Фарадеем и примерно десять лет спустя превратилась в практическое изобретение Уильяма Стерджена.

    Разница между двигателем переменного и постоянного тока

    Без основного различия, то есть вход переменного и постоянного тока, двигатели переменного и постоянного тока имеют несколько других отличий.

    0 comments on “Как работает двигатель постоянного тока: Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока | Полезные статьи

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.