Kuidas DC mootor töötab?

Kuidas DC mootor töötab?

A Kooskäiv mootor on üks tähtsamaid leiutisi elektriinseneri ajaloos, mis muudab vooluringi elektrienergiat mehaaniliseks energiaks. Tööstusmasinadest ja transpordisüsteemidest kuni koduseadmeteni ja robotiteeni on see loetlematutes seadmetes oluline komponent. Selle tööpõhimõttelise toimimise mõistmine on oluline inseneridele, tehnikatele ja kõigile, kes on huvitatud elektromehaanilistest süsteemidest. Kooskäiv mootor töötab on oluline inseneridele, tehnikatele ja kõigile, kes on huvitatud elektromehaanilistest süsteemidest.

See artikkel selgitab DC mootori tööpõhimõtteid, selle komponente, tüüpe ja rakendusi ning operatsiooni taga olevat teadust. Me käsitleme ka jõumomendi teket, kommutatsiooni rolli ning kiiruse ja suuna kontrollimist.

Põhitööpõhimõte

Põhimõtteliselt põhineb DC-mootori töö elektromagnetism . Kui voolu juhivat juhet paigutatakse magnetvälja sisse, mõjub sellele mehaaniline jõud. Seda kirjeldab Flemingi vasakukäe reegel, mis ütleb, et

• The pole näitab jõu (liikumise) suunda.

• The esimene sõrm näitab magnetvälja suunda (põhja kuni lõusse).

• The teine sõrm näitab voolu suunda (positiivsest negatiivsesse).

Paigutades juhe mootori sees kindlasse konfiguratsiooni, saab seda jõu kasutada pideva pöörlemise tootmiseks.

DC-mootori peaosad

Armatuur (rotor)

Mootori pöörduv osa, mis kannab voolu mähiste kaudu. Armatuur on paigutatud varda peale ja see toodab pöördemomenti magnetväljaga vastastikmõjus.

Kommutaator

Segmenteeritud vaskring, mis on ühendatud armatuuri mähistega. Selle ülesandeks on pöörata ümber voolu suuna igas armatuuri mähis, mis tagab pideva pöördemomendi ühes suunas.

Purked

Tavaliselt valmistatud süsindest või grafiidist, hoiavad nad elektrilist kontakti staatilise toiteallika ja pöörduva kommutaatori vahel.

Väljamähis või alalisnäod

Need tekitavad staatilise magnetvälja, milles armatuur pöörub. Mõnes disainis kasutatakse elektromagneteid, teistes pakuvad välja alalisnäod.

Koripuid

Toetavad pöörduvat varda, vähendavad hõõrdumist ja võimaldavad sujuva liikumise.

Korpus (Raam)

Väline kate, mis hoiab komponendid kokku, kaitseb neid kahjustuste eest ja võib aidata kaasa soojuse hajutamisele.

Korrajärgne tööprotsess

1. Voolallikas ühendus
   Vahetuvool toimetatakse mootori otsikutele, mille positiivne ja negatiivne juhe on ühendatud mähistega.

2. Voolu liikumine läbi armatuuri
   Mähised edastavad elektrivoolu kommutaatorisse, mis suunab selle armatuuri mähistesse.

3. Magnetvälja mõjuvahetus
   Armatuuri mähiste voolu tekitab oma magnetväli. See mõjub koos staatilise magnetväljaga, mille tekitavad väljamähised või alalisnurgad.

4. Jõu tekkimine
   Kahe magnetvälja mõjuvahetus tekitab jõu armatuuri juhtides ja pöörlema põhjustab.

5. Kommuteerimine
   Kui rotor pöörleb, muudab kommutaator armatuuri mähiste voolu suunda iga poole pöörde järel. See tagab, et tekitatud pöördemoment säiliks samas pöörlemise suunas.

6. Pidev pöörlemine
   Protsess kordub pidevalt seni, kuni rakendatakse toitepinget, mis toodab pideva mehaanilise pöörlemise.

Kommutatsiooni roll voolutajamas

Kommutatsioon on oluline pideva pöörlemise tagamiseks. Kui armatuuri mähise voolu ei pöörata õigal ajal ümber, muutuks pöördemomenti suund ja mootor seiskuks või hakkaks kõikuma. Harjaga mootorites toimub mehaaniline kommutatsioon harjade ja kommutaatori segmentide abil. Harjata disainides teostavad kommutatsiooni elektroonilised ahelad.

Võrdvoolumootorite tüübid ja nende töö erinevused

Seeriapõhimootor

• Välja mähist on ühendatud armatuuri mähisega jadamisi.

• Toodab kõrge algusmomenti, mistõttu sobib see rakendusteks nagu tõusid ja elektrirajad.

• Kiirus muutub suurel määral koormuse muutumisel.

Rööbli põhimootor

• Välja mähist on ühendatud armatuuri mähisega paralleelselt.

• Tagab hea kiiruse reguleerimise muutuva koormuse korral.

• Levinud tööstusmasinates, mis vajavad stabiilset tööd.

Kokkupõimunud püsivoolumootor

• Kombineerib nii seeriavoolutus- kui ka rööbavoolutusmähiseid.

• Pakub tasakaalu kõrge käivitusmomendi ja hea kiiruse reguleerimise vahel.

Püsivmagnetiline püsivoolumootor

• Kasutab välja jaoks püsivmagneteid mähiste asemel.

• Lihtsam konstruktsioon, kõrge tõhusus ja kompaktne suurus.

• Leidub väikeste kodumasinate, mänguasjade ja autotööstuse rakendustes.

Harjata alalisvoolumootor (BLDC)

• Kasutab elektronilist kommutatsiooni harjade asemel.

• Tõhusam, pikema elueaga ja vähem hooldust nõudev.

• Populaarne elektriautodes, lennukeis ja täpsusinstrumentides.

Kuidas püsivoolumootor tekitab pöördemomenti

Pöördemoment on mootori poolt tekitatud pöörduv jõud. Püsivoolumootoris sõltub pöördemoment järgmisest:

• Magnetvälja tugevus.

• Voolu hulk armatuuri mähises.

• Magnetväljas olevate aktiivsete juhtmete arv.

Püsivoolumootori põhivõrrandi pöördemomendiks on:

T = k × Φ × Ia

Kus:

• T = Pöördemoment

• k = Mootori konstant

• φ = Magnetvoog iga pooluse kohta

• A =anker vool

Nii ankeri voolu kui ka magnetluse suurendamine suurendab võrku.

Pöörlemiskiiruse juhtimine vooluvoolutis

Kiirust saab reguleerida, muutes:

• Ankri pinge : Kõrgem pinge suurendab kiirust.

• Väljavool : Väljavoolu suurendamine tugevdab magnetvälja ja vähendab kiirust; selle vähendamine suurendab kiirust.

• PWM juhtimine : Impulsilaiuse modulatsioon võimaldab täpset ja tõhusat kiiruse reguleerimist.

Suunajuhtimine

Pööramissuunda DC mootoris saab muuta, muutes kas armatuuri toite või välja toite polaarsust (kuid mitte mõlemat korraga). Seda kasutatakse laialdaselt pöörduvates vedudes, näiteks elektrirullides ja tööstuslikkudes transportöörides.

Tõhusustegurid

DC mootori tõhusus sõltub kaotuste vähendamisest, sealhulgas:

• Elektrilised kaotused mähiste vastupidavuses.

• Mehaanilised kaotused laagrides ja hõõrdumisel.

• Tuuma kaotused magnetiline histerees ja ööbised voolud.

Pusliteta disainid pakuvad üldiselt paremat tõhusust, kuna eemaldatakse puhendite hõõrdumine ja väheneb elektriline särts.

DC mootorite eelised praktikas

• Täpne ja sujuv kiiruse juhtimine.

• Kõrge käivitusmoment raske koormuse jaoks.

• Kiire reaktsioon juhtsignaalidele.

• Sobivus aku toiteallikatega.

Arvestamiseks olevad piirangud

• Hooldusvajadused määrdekonstruktsioonide puhul.

• Lühem eluea jooksul kõrge koormuse tingimustes, kui hooldust ei tehta korralikult.

• Elektriline müra määrmetest ja kommutaatoritest.

Võrdvoolumootorite rakendused

• Liiklus : Elektriautod, rongid ja trammid.

• Tööstusmasinad : Valtsimistehased, vedukid ja tõstukid.

• Automaatisatsioon : Robotitehnika, CNC-masinaid ja aktuaatorid.

• Tarbijate elektroonika : Tööriistad, õhuvedurid ja kodumasendid.

Püsivoolumootori tehnoloogia tulevik

Taastuvenergia süsteemide, elektriline mobiilsuse ja täpse automaatikaga toimetulemise tõusuga jääb püsivoolumootor endiselt oluliseks. Parandused materjalides, elektrooniliste juhtimisseadmete ja tootmismeetoditega on suurendanud mootori jõudlust, vähendanud hooldust ja laiendanud nende kasutusala. Eriliselt ootatakse, et puhuriteta püsivoolumootorid domineeriksid tulevaste disainide puhul tänu oma energiasäästlikkusele ja usaldusväärsusele.

Kohustuslik väljaandmine

Püsivoolumootor töötab elektrivoolu alandamise kaudu otsese vooluallika poolt mehaaniliseks pöörlemiseks läbi magnetväljade ja voolu juhtivate juhtmete vastasmõju. Selle komponentide kooskõrdeline töö — pool, kommutaator, määrmed ja väli süsteem — tagab pideva pöördemomendi genereerimise. Olgu see kaetud või kaetamata konfiguratsioon, püsivoolumootori võime tagada täpse kiiruse juhtimist, kõrge pöördemoomendi ja kohandusvõime hoiab seda asendamatuna paljudes tööstusharudes.

KKK

Mis on püsivoolumootori peamine funktsioon?

Selle peamiseks funktsiooniks on vahetada alalisvoolu elektrienergiat mehaaniliseks pöördenergiaks.

Kuidas kontrollitakse alalisvoolumootori pöörlemissagedust?

Reguleeriga pooluse pinge, välja voolu või kasutades elektroonilist PWM juhtimist.

Miks vajub alalisvoolumootor kommutaatorit?

Kommutaator muudab pooluse mähistes voolu suunda õigal ajal, et tagada pidev pöörlemine samas suunas.

Kas alalisvoolumootor saab töötada ilma harjade ta?

Jah, harjadevahetutes alalisvoolumootorites asendavad harjad elektroonilised ahelad kommutatsiooni jaoks.

Mis määrab alalisvoolumootori võrduvälja?

Võrduvälja määravad magnetvoog, pooluse vool ja mootori ehitus.