Kako radi istosmjerni motor?

Kako radi istosmjerni motor?

A DC motor je jedna od najvažnijih inovacija u povijesti elektrotehnike, pretvarajući električnu energiju istosmjerne struje u mehaničku energiju. Od industrijskih strojeva i sustava za prijevoz do kućanskih aparata i robotike, to je ključna komponenta u brojnim uređajima. Razumijevanje načina rada DC motor važno je za inženjere, tehničare i sve osobe zainteresirane za elektromehaničke sustave.

Ovaj članak objašnjava principe rada istosmjernog motora, njegove komponente, vrste, primjene, kao i znanstvene osnove njegovog rada. Također ćemo objasniti kako se generira moment, ulogu komutacije te kako se kontrolira brzina i smjer vrtnje.

Osnovni princip rada

Temeljno načelo rada istosmjernog motora temelji se na elektromagnetizam . Kada se vodič kojim teče struja nalazi u magnetskom polju, na njega djeluje mehanička sila. Ovo je opisano Flemingovim pravilom lijeve ruke, koje glasi:

• The palčić predstavlja smjer sile (gibanja).

• The pokazivač predstavlja smjer magnetskog polja (sjever prema jugu).

• The srednji prst predstavlja smjer struje (pozitivno prema negativnom).

Pomoću određene konfiguracije vodiča unutar motora, ovu silu je moguće iskoristiti za proizvodnju kontinuiranog rotacijskog gibanja.

Glavne komponente istosmjernog motora

Armatura (rotor)

Rotirajući dio motora koji provodi struju kroz zavojnice. Armaturni sustav pričvršćen je na osovinu i stvara okretni moment djelovanjem na magnetsko polje.

Komutator

Segmentirani bakreni prsten spojen na armaturne namote. Njegova uloga je promijeniti smjer struje u svakom armaturnom zavojnici dok se on okreće, osiguravajući da se uvijek proizvodi moment u istom smjeru.

Četke

Ugljeni ili grafitni četkasti elementi koji održavaju električni kontakt između stacionarnog izvora energije i rotirajućeg kolektora.

Polni namot ili trajni magneti

Oni stvaraju stacionarno magnetsko polje u kojem se armatura okreće. U nekim dizajnima koriste se elektromagneti; u drugima, magnetsko polje osiguravaju trajni magneti.

Ležajevi

Podupiru rotirajući vratilo, smanjuju trenje i omogućuju glatko kretanje.

Kućište (okvir)

Vanjski poklopac koji drži komponente skupa, štiti ih od oštećenja i može pomoći u hlađenju.

Radni proces korak po korak

1. Veza s izvornikom struje
   Istosmjerna struja dovodi se na priključke motora, pri čemu su pozitivni i negativni vodiči spojeni na četkice.

2. Tok struje kroz armaturu
   Četkice prenose električnu struju na kolektor, koji je usmjerava u armaturne namote.

3. Interakcija magnetskog polja
   Struja u armaturnim namotima stvara vlastito magnetsko polje. Ono djeluje na stacionarno magnetsko polje iz namota polova ili trajnih magneta.

4. Generiranje sile
   Interakcija dva magnetska polja proizvodi silu na armaturnim vodičima, što uzrokuje okretanje rotora.

5. Prevođenje
   Dok rotor rotira, komutator mijenja smjer struje u armaturnim namotima svakih pola okretaja. To osigurava da generirani zakretni moment ostane u istom smjeru rotacije.

6. Neprekidna rotacija
   Proces se neprekidno ponavlja sve dok je primijenjen napon napajanja, čime se postiže trajno mehaničko rotiranje.

Uloga komutacije u istosmjernom motoru

Komutacija je ključna za održavanje glatke rotacije. Bez promjene smjera struje u armaturnim namotima u pravo vrijeme, moment bi promijenio smjer i motor bi se zaustavio ili zakočio. Kod motora s četkicama, mehaničku komutaciju obavljaju četkice i komutator. U bezčetkastim motorima, komutaciju obavljaju elektronički krugovi.

Vrste istosmjernih motora i razlike u načinu rada

Istosmjerni motor s serijskim uzbudom

• Polje uzbudnog namota spojeno je serijski s armaturnim namotom.

• Proizvodi visoki početni moment, zbog čega je prikladan za primjene poput dizalica i električnih vlakova.

• Brzina se znatno mijenja s promjenama opterećenja.

Istosmjerni motor s paralelnom uzbudom

• Polje uzbudnog namota spojeno je paralelno s armaturnim namotom.

• Nudi dobru regulaciju brzine kod promjenjivog opterećenja.

• Često se koristi u industrijskim strojevima koji zahtijevaju stabilan rad.

Kompoundni istosmjerni motor

• Kombinira serijsko i paralelno bocno namatanje.

• Nudi ravnotežu između visokog početnog momenta i dobre regulacije brzine.

Perzunanom magnetskim DC motorom

• Koristi trajne magnete za polje umjesto namotaja.

• Jednostavniji dizajn, visoka učinkovitost i kompaktna veličina.

• Koristi se u malim uređajima, igračkama i automobilskim primjenama.

U skladu s člankom 6. stavkom 1.

• Koristi elektroničku komutaciju umjesto četkica.

• Učinkovitiji, dulji vijek trajanja i manje održavanja.

• Popularan u električnim vozilima, dronovima i preciznim instrumentima.

Kako istosmjerni motor proizvodi moment sile

Moment je rotacijska sila koju proizvodi motor. Kod istosmjernog motora, moment ovisi o:

• Jakosti magnetskog polja.

• Količini struje u armaturnim namotima.

• Broju aktivnih vodiča u magnetskom polju.

Osnovna jednadžba momenta za istosmjerni motor je:

T = k × Φ × Ia

Gdje:

• T = Moment

• k = Konstanta motora

• φ = Magnetski tok po polu

• Ija = Armaturna struja

Povećanje struje rotora ili magnetskog toka povećat će moment snage.

Upravljanje brzinom u istosmjernom motoru

Brzinu je moguće kontrolirati prilagodanjem:

• Napon rotora : Viši napon povećava brzinu.

• Struja uzbude : Povećanje struje uzbude pojačava magnetsko polje i smanjuje brzinu; smanjenje iste povećava brzinu.

• PWM upravljanje : Modulacija širine impulsa omogućuje precizne i učinkovite prilagodbe brzine.

Kontrola smjera

Smjer rotacije u istosmjernom motoru može se obrnuti promjenom polariteta napajanja rotora ili napajanja uzbude (ali ne oba istovremeno). Ovo se često koristi u reverzibilnim pogonima poput električnih vitla i industrijskih transportera.

Čimbenici učinkovitosti

U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, "sustav" znači sustav koji je osposobljen za upravljanje električnim motorom.

• U slučaju da je to potrebno, u slučaju da je to potrebno, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod, za svaki proizvod,

• U slučaju da je to potrebno, potrebno je utvrditi razinu i vrijeme.

• Gubitci jezgre zbog magnetne histereze i vrtlog struje.

Dizajn bez četkice općenito nudi veću učinkovitost jer eliminiše trenje četkice i smanjuje električni luk.

Prednosti motora u pravoj upotrebi

• Precizna i glatka kontrola brzine.

• U slučaju da je to potrebno za isporuku, isporuka se može provesti na temelju sljedećih uvjeta:

• Brz odgovor na kontrolne signale.

• U skladu s člankom 6. stavkom 3.

Ograničenja koja treba uzeti u obzir

• Zahtjevi za održavanje kod dizajna s četkicama.

• Kraći vijek trajanja u uvjetima visokog opterećenja ako se loše održavaju.

• Električni šum iz četkica i komutatora.

Primjene DC motora

• Transport : Električna vozila, vlakovi i tramvaji.

• Industrijska mašinerija : Valjaoni, transporteri i dizalice.

• Automatizacija : Robotika, CNC strojevi i aktuatori.

• Potrošačka elektronika : Električni alati, ventilatori i kućanski aparati.

Nadogradnja tehnologije istosmjernih motora

Uz porast korištenja obnovljivih izvora energije, električne mobilnosti i naprednih automatizacija, istosmjerni motori ostaju relevantni. Unapređenja u materijalima, elektroničkim kontrolerima i metodama proizvodnje poboljšavaju učinkovitost, smanjuju održavanje i proširuju područja primjene. Posebno, istosmjerni motori bez četkica očekuju da dominiraju budućim dizajnima zbog svoje učinkovitosti i pouzdanosti.

Zaključak

Jednosmjerni motor (DC motor) funkcionira pretvaramajući električnu energiju iz izvora jednosmjerne struje u mehaničko rotiranje putem interakcije magnetskih polja i vodiča koji vode struju. Usklađeno djelovanje njegovih komponenti — armature, kolektora, četkica i sustava polja — osigurava kontinuiranu generaciju okretnog momenta. Bez obzira radi li se o konfiguraciji s četkicama ili bez njih, sposobnost DC motora da osigura preciznu kontrolu brzine, visoki okretni moment i prilagodljivost čini ga nezaobilaznim u mnogim industrijama.

Česta pitanja

Koja je glavna funkcija jednosmjernog motora (DC motora)?

Njegova glavna funkcija je pretvaranje električne energije jednosmjerne struje u mehaničku rotacijsku energiju.

Kako se kontrolira brzina jednosmjernog motora (DC motora)?

Prilagođavanjem napona armature, struje polja ili korištenjem elektroničke PWM kontrole.

Zašto jednosmjernom motoru (DC motoru) treba kolektor?

Kolektor mijenja smjer struje u zavojima armature u pravo vrijeme kako bi se održala kontinuirana rotacija u istom smjeru.

Može li jednosmjerni motor (DC motor) raditi bez četkica?

Da, u istosmjernim motorima bez pomoćnih kontakata (brushless), elektronički krugovi zamjenjuju pomoćne kontakte za komutaciju.

Što određuje izlazni moment sile istosmjernog motora?

Moment sile određen je magnetskim tokom, strujom rotora i konstrukcijom motora.