Hogyan működik egy egyenáramú motor?

Hogyan működik egy egyenáramú motor?

A Egyenes áramú motor az elektromérnöki történelem egyik legfontosabb találmánya, amely az egyenáramú villamos energiát mechanikai energiává alakítja. Az ipari gépek és közlekedési rendszerek, valamint a háztartási készülékek és robotok között számos eszközben megtalálható. Az mérnökök, technikusok és az elektromechanikus rendszerek iránt érdeklődők számára alapvető fontosságú megérteni, hogyan működik egy Egyenes áramú motor működése alapvető fontosságú mérnökök, technikusok és az elektromechanikus rendszerek iránt érdeklődők számára.

Ez a cikk bemutatja az egyenáramú motor működési elveit, alkatrészeit, típusait és alkalmazási területeit, valamint a működésében rejlő tudományt. Kitérünk arra is, hogyan keletkezik a forgatónyomaték, a kommutáció szerepére, valamint arra, hogyan történik a sebesség és az irány szabályozása.

Működés alapelve

A DC motor alapvető működési elve a következőn alapul elektromágneses . Amikor egy áramvezető vezetőt mágneses térbe helyezünk, mechanikai erő hat rá. Ezt Fleming bal-kéz szabálya írja le, amely a következőt állítja:

• A ujj az erő (mozgás) irányát jelöli.

• A a hüvelykujj a mágneses tér irányát jelöli (északtól dél felé).

• A a mutatóujj az áram irányát jelöli (pozitívtól negatív irányba).

A vezetőnek a motoron belüli adott elrendezésével ez az erő felhasználható folyamatos forgás előállítására.

A DC motor fő alkatrészei

Armatúra (forgórész)

A motor azon mozgó része, amelyen keresztül az áram a tekercsekbe jut. Az armatúrát tengelyre szerelik, és a mágneses térrel kölcsönhatásba lépve nyomatékot hoz létre.

Kommutátor

Egy szegmentált rézgyűrű, amely az armatúra tekercseléséhez kapcsolódik. Szerepe az, hogy az armatúra minden egyes tekercsének forgása közben megfordítsa az áram irányát, biztosítva ezzel, hogy a nyomaték mindig ugyanabban az irányban keletkezzen.

Széták

A kefék, amelyek általában szénből vagy grafitból készülnek, elektromos kontaktust tartanak fenn a rögzített áramforrás és a forgó kommutátor között.

Indítótekercselés vagy állandó mágnesek

Ezek hozzák létre a rögzített mágneses teret, amelyben az armatúra forog. Egyes kialakításokban elektromágneseket használnak, másokban állandó mágnesek biztosítják a mezőt.

Csapágyak

Tartják a forgó tengelyt, csökkentik a súrlódást és lehetővé teszik a sima mozgást.

Ház (keret)

A külső burkolat, amely tartja a komponenseket, védi azokat a sérülésektől, és hőelvezetésben is segíthet.

Lépésről lépésre történő munkafolyamat

1. Energiaszállítási kapcsolat
   Egyenáramot kapcsolnak a motor csatlakozóira, a pozitív és negatív vezetékeket a kefékhez csatlakoztatva.

2. Áram árama az armatúrán keresztül
   A kefék elektromos áramot vezetnek a kommutátorba, amely továbbítja azt az armatúra tekercselésére.

3. Mágneses Tér Hatása
   Az armatúra tekercsekben folyó áram saját mágneses teret hoz létre. Ez kölcsönhatásba lép a mezőtekercsek vagy állandó mágnesek által biztosított álló mágneses térrel.

4. Erő Képződése
   A két mágneses tér kölcsönhatása erőt eredményez az armatúra vezetőin, amely az armatúra forgását okozza.

5. Szerkezeti típus
   Ahogy az armatúra forog, a kommutátor minden fél fordulatnál megváltoztatja az áram irányát az armatúra tekercsekben. Ez biztosítja, hogy a létrejövő forgatónyomaték azonos irányú maradjon.

6. Folyamatos forgás
   A folyamat folyamatosan ismétlődik, amíg a tápfeszültséget alkalmazzák, így folyamatos mechanikai forgást eredményez.

A Kommutáció Szerepe Egy Egyenáramú Motorban

A kommutáció kritikus fontosságú a sima forgatás fenntartásához. Ha az armatúra tekercselésében nem fordítják meg az áramot a megfelelő időben, a nyomaték iránya megváltozna, és a motor leállna vagy megrázkódna. Kebrushajtásos motorokban a mechanikai kommutációt a kefe és a kommutátor szegmensek végzik. Kebrushajtásmentes kialakításokban az elektronikus áramkörök végzik a kommutációt.

Egyenáramú motorok típusai és működésük különbségei

Soros gerjesztésű egyenáramú motor

• A gerjesztőtekercs az armatúra tekercs sorba van kötve.

• Nagy indulónyomatékot hoz létre, ezért olyan alkalmazásokra alkalmas, mint például daruk és villamos mozdonyok.

• A sebesség nagymértékben változik a terhelés változásával.

Párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motor

• A gerjesztőtekercs az armatúra tekercs párhuzamosan van kötve.

• Jó sebességszabályozást biztosít változó terhelések alatt.

• Gyakran alkalmazzák olyan ipari gépekben, amelyek stabil üzemelést igényelnek.

Összetett gerjesztésű egyenáramú motor

• Kombinálja a soros és párhuzamos gerjesztőtekercsek használatát.

• Kiegyensúlyozott indítómomentumot és jó sebességszabályozást biztosít.

Permament magnétus DC motor

• A mező létrehozásához állandó mágneseket használ tekercsek helyett.

• Egyszerűbb kialakítás, magas hatásfok és kompakt méret.

• Kis háztartási készülékekben, játékokban és autóipari alkalmazásokban található.

Kefé nélküli egyenáramú motor (BLDC)

• Elektronikus kommutációt használ kefék helyett.

• Hatékonyabb, hosszabb élettartamú és kevesebb karbantartást igényel.

• Elterjedt elektromos járművekben, drónokban és precíziós műszerekben.

Hogyan állít elő nyomatékot egy egyenáramú motor

A nyomaték a motor által kifejtett forgóerő. Egy egyenáramú motor esetén a nyomaték függ a következőktől:

• A mágneses tér erősségétől.

• Az armatúra tekercsekben folyó áram mennyiségétől.

• Az aktív vezetők számától a mágneses térben.

Az egyenáramú motor alapvető nyomatékegyenlete:

T = k × Φ × Ia

Ahol:

• T = Nyomaték

• k = Motorállandó

• φ = Mágneses fluxus pólusonként

• Ia = Armatúraáram

A forgatónyomaték növekedik, ha növeljük az armatúraáramot vagy a mágneses fluxust.

Sebességszabályozás egyenáramú motorban

A sebességet a következőképpen lehet szabályozni:

• Armatúrafeszültség : Magasabb feszültség növeli a sebességet.

• Mezőáram : A mezőáram növelése megerősíti a mágneses mezőt és csökkenti a sebességet; csökkentése növeli a sebességet.

• PWM Vezérlés : Az impulzusszélesség-moduláció pontos és hatékony sebességbeállítást tesz lehetővé.

Irányvezérlés

Az egyenáramú motor forgásirányát meg lehet fordítani az armatúra- vagy a mezőtápfeszültség polaritásának megváltoztatásával (de nem mindkettő egyszerre). Ezt gyakran használják visszafordítható hajtásokban, mint például elektromos csörlők és ipari szállítószalagok.

Hatékonysági tényezők

A DC motor hatékonysága a veszteségek csökkentésétől függ, beleértve:

• Elektromos veszteségek a tekercsekben (ellenállási veszteségek).

• Mechanikai veszteségek a csapágyakban és súrlódásból adódóan.

• Vasmagveszteségek a mágneses hiszterézis és örvényáramok miatt.

A kefézetlen kialakítás általában magasabb hatékonyságot nyújt, mivel megszünteti a kefék közötti súrlódást és csökkenti az elektromos szikrázást.

A DC motorok előnyei a gyakorlati alkalmazásban

• Pontos és sima sebességszabályozás.

• Magas indító nyomaték nehezebb terhelésekhez.

• Gyors válasz a vezérlőjelekre.

• Kompatibilitás akkumulátoros energiaforrásokkal.

Figyelembe veendő korlátozások

• Karbantartási igények kefés kialakításoknál.

• Rövidebb élettartam nagy terhelés mellett, ha a karbantartás nem megfelelő.

• Elektromos zaj a kefékből és a kommutátorokból.

DC motorok alkalmazásai

• Szállítás : Elektromos autók, vonatok és villamosok.

• Ipari gépek : Hengerművek, szállítószalagok és liftkocsik.

• Automatizálás : Robotika, CNC gépek és hajtóművek.

• Fogyasztói elektronika : Elektromos szerszámok, ventilátorok és háztartási készülékek.

A egyenáramú motorok jövője

A megújuló energiaforrások, az elektromos mobilitás és a fejlett automatizálás növekedésével a egyenáramú motor továbbra is releváns. A anyagok, az elektronikus vezérlők és a gyártási módszerek fejlesztései javítják a teljesítményt, csökkentik a karbantartást és kiterjesztik alkalmazási köreiket. A fésű nélküli egyenáramú motorok hatékonyságuk és megbízhatóságuk miatt várhatóan uralkodnak a jövőbeni tervezéseken.

Összegzés

Egy egyenáramú motor működése során az egyenáramú áramforrásból származó elektromos energiát mechanikus forgásba alakítja a mágneses mezők és áramvezető vezetők kölcsönhatása révén. Összetevőinek – armatúra, kommutátor, kefék és mezőrendszer – összehangolt működése biztosítja a folyamatos nyomatéktermelést. Akár kefés, akár kefe nélküli kivitelben van, az egyenáramú motor azért elengedhetetlen számos iparágban, mert pontos sebességszabályozást, magas nyomatékot és alkalmazkodóképességet kínál.

GYIK

Mi az egyenáramú motor fő funkciója?

Fő funkciója az egyenáramú elektromos energia mechanikai forgási energiává alakítása.

Hogyan szabályozható egy egyenáramú motor sebessége?

Az armatúrafeszültség, a mezőáram beállításával, illetve elektronikus PWM-szabályozással.

Miért van szüksége egyenáramú motoron kommutátorra?

A kommutátor a megfelelő időben megfordítja az áram irányát az armatúra tekercsekben, hogy a forgás iránya azonos maradjon.

Üzemelhet-e egyenáramú motor kefék nélkül?

Igen, a kefézetlen egyenáramú motorokban az elektronikus áramkörök végzik a kommutációt a kefék helyett.

Mi határozza meg egy egyenáramú motor nyomatékának kimenetelét?

A nyomatékot a mágneses fluxus, az armatúra-áram és a motor felépítése határozza meg.