Почти всяко механично развитие, което виждаме около нас, се осъществява от електрически двигател. Електрическите машини са метод за преобразуване на енергия. Двигателите поемат електрическа енергия и произвеждат механична енергия. Електрическите двигатели се използват за захранване на стотици устройства, които използваме в ежедневието. Електрическите двигатели са класифицирани най-общо в две различни категории: двигател с постоянен ток (DC) и двигател с променлив ток (AC). В тази статия ще обсъдим постояннотоковия двигател и неговата работа. И също така как работят мотори с постоянен ток.

“какво е жиросензор в мобилните телефони ”

Какво е DC двигател?

ДА СЕ DC мотор е електрически мотор който работи с постоянен ток. При електрически двигател работата зависи от простия електромагнетизъм. Токопроводящият проводник генерира магнитно поле, когато след това се постави във външно магнитно поле, той ще срещне сила, пропорционална на тока в проводника и на силата на външното магнитно поле. Това е устройство, което преобразува електрическата енергия в механична. Работи върху факта, че токопроводящ проводник, поставен в магнитно поле, изпитва сила, която го кара да се върти по отношение на първоначалното си положение. Практичният DC мотор се състои от полеви намотки за осигуряване на магнитния поток и котвата, която действа като проводник.

Безчетков DC двигател

Входът на безчетков DC двигател е ток / напрежение и изходът му е въртящ момент. Разбирането на работата на постояннотоковия двигател е много просто, тъй като основната схема е показана по-долу. DC двигателят се състои основно от две основни части. Въртящата се част се нарича ротор, а неподвижната част също се нарича статор. Роторът се върти по отношение на статора.

Роторът се състои от намотки, като намотките са електрически свързани с комутатора. Геометрията на четките, контактите на комутатора и намотките на ротора е такава, че когато се прилага мощност, полярностите на захранващата намотка и статорните магнити са неправилно подравнени и роторът ще се върти, докато почти не бъде изправен с полевите магнити на статора.

Когато роторът достигне подравняване, четките се придвижват към следващите контакти на комутатора и захранват следващата намотка. Въртенето обръща посоката на тока през намотката на ротора, предизвиквайки обръщане на магнитното поле на ротора, карайки го да продължи да се върти.

Изграждане на DC мотор

Конструкцията на постояннотоковия двигател е показана по-долу. Много е важно да знаете дизайна му, преди да разберете, че работи. Основните части на този двигател включват арматура, както и статор.

DC ДВИГАТЕЛ

Намотката на котвата е въртящата се част, докато неподвижната част е статорът. При това намотката на котвата е свързана към захранването с постоянен ток, което включва четките, както и комутаторите. Основната функция на комутатора е да преобразува AC в DC, който се индуцира в котвата. Потокът на ток може да бъде подаден с помощта на четката от въртящата се част на двигателя към неактивния външен товар. Подреждането на котвата може да се извърши между двата полюса на електромагнита или постоянно.

DC моторни части

В двигателите с постоянен ток има различни популярни конструкции на двигатели, които се предлагат като безчетков, постоянен магнит, серия, сложна рана, шунт, иначе стабилизиран шунт. Като цяло частите на постояннотоковия двигател са еднакви в тези популярни дизайни, но цялата работа на това е една и съща. Основните части на постояннотоковия двигател включват следното.

Статор

Стационарната част като статора е една от частите в частите на постояннотоковия двигател, която включва полевите намотки. Основната функция на това е да получи доставката.

Ротор

Роторът е динамичната част на двигателя, която се използва за създаване на механични обороти на агрегата.

Четки

Четките, използващи комутатор, работят главно като мост за фиксиране на неподвижната електрическа верига към ротора.

Комутатор

Това е разделен пръстен, който е проектиран с медни сегменти. Той е и една от най-важните части на постояннотоковия двигател.

Полеви намотки

Тези намотки са направени с полеви намотки, които са известни като медни проводници. Тези намотки закръглят приблизително прорезите, пренесени през обувките на стълба.

Намотки на котвата

Конструкцията на тези намотки в постояннотоковия двигател е два вида като Lap & Wave.

Иго

Магнитна рамка като иго е проектирана понякога с чугун или стомана. Работи като пазач.

Поляци

Стълбовете в двигателя включват две основни части като сърцевината на стълба, както и обувките на полюсите. Тези основни части са свързани заедно чрез хидравлична сила и са свързани с игото.

Зъби / слот

Непроводящите слоеве на слотовете често са задръстени между стените на процепите, както и намотки за безопасност от нулата, механична опора и допълнителна електрическа изолация. Магнитният материал между прорезите се нарича зъби.

Корпус на мотора

Корпусът на двигателя осигурява опора на четките, лагерите и желязната сърцевина.

Принцип на работа

Електрическа машина, която се използва за преобразуване на енергията от електрическа в механична, е известна като двигател с постоянен ток. The Принцип на работа на постояннотоков двигател е, че когато токопроводящ проводник е разположен в магнитното поле, той изпитва механична сила. Тази посока на сила може да бъде решена чрез правилото на Флеминг отляво, както и неговата величина.

Ако първият пръст е удължен, вторият пръст, както и палецът на лявата ръка, ще бъдат вертикални един към друг и първичният пръст означава посоката на магнитното поле, следващият пръст означава текущата посока, а третият пръст като пръст означава посока на сила, която се изпитва през проводника.

F = BIL нютона

Където,

„B“ е плътността на магнитния поток,

„Аз“ е актуално

‘L’ е дължината на проводника в магнитното поле.

Всеки път, когато се подава намотка на котвата към захранване с постоянен ток, тогава потокът от ток ще бъде настроен в намотката. Полето или постоянните магнити ще осигурят магнитното поле. Така че, арматурните проводници ще изпитват сила поради магнитното поле въз основа на горепосочения принцип.
Комутаторът е проектиран като секции за постигане на еднопосочен въртящ момент или силовият път би се преобърнал всеки път, след като начинът на движение на проводника се обърне в магнитното поле. И така, това е принципът на работа на постояннотоковия двигател.

Видове DC двигатели

Различните видове постояннотокови двигатели са разгледани по-долу.

Мотори с постоянен ток

Редукторните двигатели са склонни да намаляват скоростта на двигателя, но със съответно увеличение на въртящия момент. Това свойство е полезно, тъй като двигателите с постоянен ток могат да се въртят със скорости, твърде бързи, за да може да се използва електронно устройство. Редукторните двигатели обикновено се състоят от двигател с четка с постоянен ток и редуктор, прикрепен към вала. Двигателите се отличават като насочени от две свързани единици. Той има много приложения поради разходите си за проектиране, намалява сложността и конструиране на приложения като промишлено оборудване, изпълнителни механизми, медицински инструменти и роботика.

Никой добър робот никога не може да бъде построен без зъбни колела. Като се има предвид всичко, доброто разбиране на това как зъбните колела влияят на параметри като въртящ момент и скорост е много важно.
Зъбните колела работят на принципа на механичното предимство. Това предполага, че използвайки отличителни диаметри на зъбните колела, можем да обменяме скоростта на въртене и въртящия момент. Роботите нямат желано съотношение скорост / въртящ момент.
В роботиката въртящият момент е по-добър от скоростта. При предавките е възможно да се обменя високата скорост с по-добър въртящ момент. Увеличението на въртящия момент е обратно пропорционално на намаляването на скоростта.

Мотори с постоянен ток

Намаляване на скоростта в мотор с постоянен ток

Намаляването на скоростта в предавките се състои от малко предавка, задвижваща по-голяма предавка. Възможно е да има няколко комплекта от тези редуктори в редуктор.

Намаляване на скоростта в мотор с постоянен ток

Понякога целта на използването на мотор-редуктор е да се намали скоростта на въртящия се вал на мотора в задвижваното устройство, например в малък електрически часовник, където малкият синхронен двигател може да се върти при 1200 об / мин, но за да задвижва намалява до един об втората стрелка и допълнително намалена в механизма на часовника за задвижване на минутите и часовите стрелки. Тук количеството на движещата сила е без значение, стига да е достатъчно за преодоляване на въздействието на триене на часовниковия механизъм.

DC двигател от серия

Серийният двигател е двигател от постоянен ток, при който полевата намотка е свързана последователно вътрешно към намотката на котвата. Серийният двигател осигурява висок стартов въртящ момент, но никога не трябва да работи без товар и е в състояние да движи много големи натоварвания на вала, когато е под напрежение. Серийните двигатели са известни още като двигатели със серийно навиване.

При серийните двигатели полевите намотки са свързани последователно с котвата. Силата на полето варира в зависимост от прогресията на тока на котвата. В момента, в който скоростта му се намалява от товар, серийният двигател постига по-голям въртящ момент. Началният му въртящ момент е повече от различни видове DC двигатели.

Той може също така да излъчва по-лесно топлината, която се е натрупала в намотката поради пренасянето на голямо количество ток. Скоростта му се измества значително между пълно натоварване и празен товар. При отстраняване на товара скоростта на двигателя се увеличава и токът през котвата и полевите намотки намалява. Неразредената работа на големи машини е опасна.

Моторни серии

Токът през арматурата и полевите намотки намалява, силата на поточните линии около тях отслабва. Ако силата на поточните линии около намотките се намали със същата скорост като тока, протичащ през тях, и двете биха намалели със същата скорост при

която скоростта на двигателя се увеличава.

Предимства

Предимствата на серийния двигател включват следното.

Огромен стартов въртящ момент
Просто строителство
Проектирането е лесно
Поддръжката е лесна
Рентабилен

Приложения

Серийните двигатели могат да произвеждат огромна мощност на въртене, въртящият момент от неговото състояние на празен ход. Тази характеристика прави серийните двигатели подходящи за малки електрически уреди, многофункционално електрическо оборудване и др. Серийните двигатели не са подходящи, когато е необходима постоянна скорост. Причината е, че скоростта на серийните двигатели варира значително при различни натоварвания.

Шънт мотор

Шунтовите двигатели са шунтиращи двигатели с постоянен ток, където полевите намотки са шунтирани към или са свързани паралелно към намотката на котвата на двигателя. Двигателят с постоянен ток с постоянен ток често се използва поради най-доброто му регулиране на скоростта. Следователно, както намотката на котвата, така и намотките на полето са представени на едно и също захранващо напрежение, но има отделни разклонения за потока на тока на котвата и тока на полето.

“какво е технология за сини зъби ”

Шунтовият двигател има донякъде отличителни работни характеристики от серийния двигател. Тъй като бобината на шунтиращото поле е направена от фина тел, тя не може да произведе голям ток за стартиране като серийното поле. Това предполага, че шунтиращият двигател има изключително нисък стартов въртящ момент, което изисква натоварването на вала да бъде доста малко.

Шънт мотор

Когато напрежението е приложено към шунтиращия двигател, през шунтиращата намотка протича много малко количество ток. Котвата за шунтиращия двигател е подобна на серийния двигател и тя ще тече ток, за да създаде силно магнитно поле. Поради взаимодействието на магнитното поле около котвата и полето, образувано около шунтиращото поле, двигателят започва да се върти.

Подобно на серийния двигател, когато котвата започне да се върти, тя ще произведе обратно ЕМП. Задната ЕМП ще доведе до намаляване на тока в котвата до много малко ниво. Размерът на тока, който ще поема арматурата, е пряко свързан с размера на товара, когато двигателят достигне пълна скорост. Тъй като натоварването обикновено е малко, токът на котвата ще бъде малък.

Предимства

Предимствата на шунтиращия двигател включват следното.

Лесна производителност на управлението, което води до високо ниво на гъвкавост за решаване на сложни проблеми с задвижването
Висока наличност, следователно са необходими минимални усилия за обслужване
Високо ниво на електромагнитна съвместимост
Много гладко протичане, следователно ниско механично напрежение на цялостната система и високи динамични процеси на управление
Широк обхват на управление и ниски скорости, следователно универсално използваеми

Приложения

Шунтовите постояннотокови двигатели са много подходящи за приложения, задвижвани с ремък. Този двигател с постоянна скорост се използва в индустриални и автомобилни приложения като машинни инструменти и машини за навиване / развиване, където се изисква голяма степен на прецизност на въртящия момент.

DC комбинирани двигатели

Двигателите с постоянен ток включват отделно възбудено шунт поле, което има отличен стартов въртящ момент, но се сблъсква с проблеми в приложенията с променлива скорост. Полето в тези двигатели може да бъде свързано последователно през котвата, както и шунтиращо поле, което се възбужда отделно. Серийното поле дава превъзходен стартов въртящ момент, докато шунтиращото поле дава подобрено регулиране на скоростта. Но серийното поле причинява проблеми с управлението в приложенията на задвижване с променлива скорост и обикновено не се използва в 4-квадрантни устройства.

Отделно развълнуван

Както подсказва името, полевите намотки иначе намотките се захранват чрез отделен източник на постоянен ток. Уникалният факт на тези двигатели е, че токът на котвата не се подава през полевите намотки, тъй като полевата намотка е подсилена от отделен външен източник на постоянен ток. Уравнението на въртящия момент на постояннотоковия двигател е Tg = Ka φ Ia, В този случай въртящият момент се променя чрез промяна на подадения поток „φ“ и независим от тока на котвата „Ia“.

Развълнуван от себе си

Както подсказва името, при този тип двигател токът в намотките може да се подава през самата машина на двигателя. Освен това този двигател е разделен на серийно намотан и намотан двигател.

Мотор с постоянен магнит с постоянен ток

Двигателят с постоянен магнит PMDC или постоянен магнит включва намотка на котвата. Тези двигатели са проектирани с постоянни магнити, като ги поставят във вътрешния ръб на сърцевината на статора за генериране на полевия поток. От друга страна, роторът включва конвенционална DC арматура, включително четки и сегменти на комутатора.

В постоянен магнит с постоянен магнит магнитното поле може да се формира чрез постоянен магнит. Така че, входният ток не се използва за възбуждане, което се използва в климатици, чистачки, стартери за автомобили и др.

Свързване на DC мотор с микроконтролер

Микроконтролерите не могат да управляват директно двигателите. Така че имаме нужда от някакъв вид водач, който да контролира скоростта и посоката на двигателите. Двигателите на двигателя ще действат като взаимодействащи устройства между микроконтролери и двигатели . Двигателите на двигателя ще действат като усилватели на тока, тъй като приемат контролен сигнал с нисък ток и осигуряват сигнал с висок ток. Този силен токов сигнал се използва за задвижване на двигателите. Използването на чип L293D е лесен начин за управление на двигателя с помощта на микроконтролер. Той съдържа две вътрешни вериги на H-мост на водача.

Този чип е предназначен за управление на два двигателя. L293D има два комплекта устройства, при които 1 комплект има вход 1, вход 2, изход1, изход 2, с активиращ щифт, докато друг комплект има вход 3, вход 4, изход 3, изход 4 с друг активиращ щифт. Ето видео, свързано с L293D

Ето пример за двигател с постоянен ток, който е свързан с микроконтролера L293D.

DC двигател, свързан с L293D микроконтролер

L293D има два комплекта устройства, при които единият има вход 1, вход 2, изход 1 и изход 2, а друг набор има вход 3, вход 4, изход 3 и изход 4, съгласно горната схема,

Ако щифтовете № 2 и 7 са високи, тогава щифтовете № 3 и 6 също са високи. Ако разрешите 1 и щифт номер 2 са високи, оставяйки щифт номер 7 толкова ниско, тогава двигателят се върти в посока напред.
Ако разрешите 1 и щифт номер 7 са високи, оставяйки щифт номер 2 толкова ниско, тогава двигателят се върти в обратна посока.

Днес двигателите за постоянен ток все още се намират в много приложения, малки като играчки и дискови устройства или в големи размери за работа на стоманени валцовъчни машини и машини за хартия.

Уравнения за постоянен ток

Мащабът на изпитания поток е

F = BlI

Където, B - плътност на потока поради потока, произведен от полеви намотки

l- Активна дължина на проводника

I-ток, преминаващ през проводника

Докато проводникът се върти, се предизвиква ЕМП, която действа в посока, обратна на подаваното напрежение. Дава се като

формула

Къде, Ø- Fluz поради полевите намотки

P- Брой полюси

A-A константа

N - Скорост на двигателя

Z- Брой проводници

Захранващото напрежение, V = E_б+ I_{да се}R_{да се}

Развитият въртящ момент е

Формула 1 По този начин въртящият момент е право пропорционален на тока на котвата.

Също така, скоростта варира в зависимост от тока на котвата, следователно косвено въртящият момент и скоростта на двигателя са зависими един от друг.

За постояннотоков шунтови двигател скоростта остава почти постоянна, дори ако въртящият момент се увеличи от празен товар до пълен товар.

За двигател от серия DC, скоростта намалява, тъй като въртящият момент се увеличава от празен товар до пълен товар.

По този начин въртящият момент може да се контролира чрез промяна на скоростта. Контролът на скоростта се постига или чрез

Промяна на потока чрез контролиране на тока чрез полеви намотки - Метод за контрол на потока. По този метод скоростта се контролира над номиналната скорост.
Контрол на напрежението на котвата - Осигурява контрол на скоростта под нормалната си скорост.
Контрол на захранващото напрежение - Осигурява контрол на скоростта в двете посоки.

4 Работа в квадрант

Като цяло двигателят може да работи в 4 различни региона. The работа с четири квадранта на постоянен ток включва следното.

Като мотор в посока напред или по посока на часовниковата стрелка.
Като генератор в посока напред.
Като двигател в обратна или обратно на часовниковата стрелка посока.
Като генератор в обратна посока.

4 Квадрант работа на DC мотор

В първия квадрант двигателят задвижва товара както с обороти, така и с въртящ момент в положителна посока.
Във втория квадрант посоката на въртящия момент се обръща и двигателят действа като генератор
В третия квадрант двигателят задвижва товара със скорост и въртящ момент в отрицателна посока.
В 4^тиквадрант, двигателят действа като генератор в обратен режим.
В първия и третия квадрант двигателят действа в посока напред и назад. Например двигатели в кранове за повдигане на товара и също така слагането му.

Във втория и четвъртия квадрант двигателят действа като генератор съответно в посока напред и назад и осигурява енергия обратно към източника на енергия. По този начин начинът за управление на работата на мотора, за да го накара да работи във всеки от 4-те квадранта, е чрез контролиране на неговата скорост и посока на въртене.

Скоростта се контролира или чрез промяна на напрежението на котвата, или чрез отслабване на полето. Посоката на въртящия момент или посоката на въртене се контролира чрез промяна на степента, до която приложеното напрежение е по-голямо или по-малко от задната едс.

Често срещани повреди в двигателите с постоянен ток

Важно е да знаете, както и да разберете повредите и повредите на двигателя, за да опишете най-подходящите предпазни устройства за всеки случай. Има три вида повреди на двигателя като механични, електрически и механични, които прерастват в електрически. Най-често възникващите откази включват следното,

Разбивка на изолацията
Прегряване
Претоварвания
Неизправност на лагера
Вибрация
Заключен ротор
Несъвместимост на вала
Обратно бягане
Дисбаланс на фазата

Най-честите неизправности, които възникват в двигателите с променлив ток, както и в двигателите с постоянен ток, включват следното.

Когато двигателят не е монтиран правилно
Когато двигателят е блокиран от мръсотия
Когато двигателят съдържа вода
Когато двигателят се прегрява

12 V DC мотор

12v DC мотор е евтин, малък, както и мощен, който се използва в няколко приложения. Изборът на подходящ DC двигател за конкретно приложение е предизвикателна задача, така че е много важно да работите точно чрез компанията. Най-добрият пример за тези двигатели е METMotors, тъй като те произвеждат PMDC (постоянен магнит DC) двигатели с високо качество за повече от 45 години.

Как да изберем правилния двигател?

Изборът на мотор с постоянен ток 12v може да се направи много лесно чрез METmotors, защото професионалистите от тази компания първо ще проучат правилното ви приложение и след това вземат предвид многобройни характеристики, както и спецификации, за да ви гарантират, че ще завършите с възможно най-финия продукт.
Работното напрежение е една от характеристиките на този мотор.

След като двигателят се задвижва чрез батерии, обикновено се избират ниски работни напрежения, тъй като са необходими по-малко клетки, за да се получи конкретното напрежение. Но при високи напрежения задвижването с постоянен ток обикновено е по-ефективно. Въпреки че работата му е постижима с 1,5 волта, което достига до 100V. Най-често използваните двигатели са 6v, 12v и 24v. Други основни спецификации на този мотор са скорост, работен ток, мощност и въртящ момент.

12V DC двигателите са идеални за различни приложения чрез DC захранване, изискващо въртящ момент, както и висок старт. Тези двигатели работят при по-малко скорости в сравнение с други напрежения на двигателя.
Характеристиките на този мотор се различават главно в зависимост от производствената компания, както и от приложението.

Скоростта на двигателя е 350rpm до 5000 rpm
Номиналният въртящ момент на този мотор варира от 1,1 до 12,0 in-lbs
Изходната мощност на този двигател варира от 01hp до 21 hp
Размерите на рамката са 60 мм, 80 мм, 108 мм
Сменяеми четки
Типичният живот на четката е 2000+ часа

Обратна ЕМП в DC мотор

След като токопроводящият проводник е разположен в магнитно поле, въртящият момент ще се индуцира над проводника и въртящият момент ще завърти проводника, който нарязва потока на магнитното поле. Въз основа на явлението Електромагнитна индукция, след като проводникът разреже магнитното поле и след това ЕМП ще индуцира в проводника.

Индуцираната EMF посока може да се определи чрез правилото на Flemming отдясно. Съгласно това правило, ако захванем миниатюрата, показалеца и централния си пръст с ъгъл 90 °, след това показалецът ще означава пътя на магнитното поле. Тук палецът представлява начина на движение на проводника, а средният пръст означава индуцираната ЕМП над проводника.

“мек стартер за асинхронен двигател ”

Прилагайки правилото на Flemming отдясно, можем да забележим, че индуцираната посока на ЕДС е обратна на приложеното напрежение. Така че emf се нарича обратно emf или counter emf. Развитието на задната ЕДС може да се извърши последователно чрез приложеното напрежение, но обратно в посока, т.е. задната ЕРС се противопоставя на потока на тока, който го причинява.

Величината на задната emf може да се даде чрез подобен израз като следния.

Eb = NP ϕZ / 60A

Където

‘Eb’ е индуцираната от мотора ЕМП, наречена Обратна ЕМП

„А“ е не. от успоредни ленти в арматурата сред четките за обратна полярност

„P“ е не. на стълбове

‘N’ е скоростта

‘Z’ е целият брой проводници в арматурата

‘Φ’ е полезен поток за всеки полюс.

В горната верига величината на задната едс винаги е ниска в сравнение с приложеното напрежение. Разминаването между двете е почти еквивалентно, след като постояннотоковият двигател работи при обичайните условия. Токът ще се индуцира върху постояннотоковия двигател поради основното захранване. Съотношението между основното захранване, обратната ЕМП и тока на котвата може да бъде изразено като Eb = V - IaRa.

Приложение за управление на работата на мотора с постоянен ток в 4 квадранта

Контролът на работата на мотора с постоянен ток в 4 квадранта може да се постигне с помощта на микроконтролер, свързан със 7 превключвателя.

4 Управление на квадранта

Случай 1: Когато се натисне превключвателят за стартиране и по посока на часовниковата стрелка, логиката в микроконтролера дава изход на логика от ниско до щифт 7 и логическо високо към пин2, което кара двигателя да се върти по посока на часовниковата стрелка и да работи в^улквадрант. Скоростта на двигателя може да се променя чрез натискане на ШИМ превключвателя, причинявайки прилагане на импулси с различна продължителност към разрешаващия щифт на драйвера IC, като по този начин се променя приложеното напрежение.

Случай 2: Когато се натисне предната спирачка, логиката на микроконтролера прилага логика ниско към щифт 7 и логика висока към щифт 2 и двигателят има тенденция да работи в обратна посока, причинявайки моментално спиране.

По подобен начин натискането на превключвателя обратно на часовниковата стрелка кара двигателя да се движи в обратна посока, т.е.работи в 3^rdквадрант и натискането на превключвателя за задна спирачка води до незабавно спиране на двигателя.

По този начин чрез правилно програмиране на микроконтролера и чрез превключватели, работата на двигателя може да се контролира във всяка посока.

По този начин всичко е свързано с преглед на постояннотоковия двигател. The предимства на постояннотоков мотор осигуряват ли отличен контрол на скоростта за ускорение и забавяне, лесен за разбиране дизайн и прост, евтин дизайн на задвижването. Ето един въпрос към вас, какви са недостатъците на постояннотоковия двигател?

Кредити за снимки: