Како функционира еден DC мотор?

Како функционира еден DC мотор?

А Мотор за едноточно движење е едно од најважните изуми во историјата на електроинженерството, кое директната струја ја претвара во механичка енергија. Од индустриските машини и системите за транспорт, до домашните апарати и роботите, тој е клучен компонент во бесконечни уреди. Разбирањето како функционира еден Мотор за едноточно движење е неопходно за инженерите, техничарите и секој кој се интересира за електромеханичките системи.

Овој чланок ги објаснува принципите на работа на DC моторот, неговите компоненти, видови и примена, како и науката зад неговата работа. Исто така ќе објасниме како се генерира вртежниот момент, улогата на комутацијата и како што се контролира брзината и насоката.

Основен принцип на работа

Основниот принцип на работа на еден DC мотор се базира на електромагнетизам . Кога еден проводник низ кој тече струја се стави во магнетно поле, тој доживува механичка сила. Ова е опишано со Правилото на левата рака на Флеминг, кое вели:

• Техничкиот параметар thumb го претставува правецот на силата (движење).

• Техничкиот параметар прстот го претставува правецот на магнетното поле (север кон југ).

• Техничкиот параметар вториот прст го претставува правецот на струјата (позитивен кон негативен).

Со поставување на проводникот во специфична конфигурација внатре во моторот, оваа сила може да се искористи за производство на непрекинато ротирање.

Главни компоненти на DC мотор

Арматура (ротор)

Ротирачки дел на моторот што носи струја низ навивките. Арматурата е монтирана на осковина и комуницира со магнетното поле за да се генерира вртежен момент.

Комутатор

Сегментиран прстен од бакар поврзан со навивките на арматурата. Неговата улога е да ја промени насоката на струјата во секоја калема на арматурата додека се врти, осигурувајќи дека вртежниот момент секогаш се создава во иста насока.

Четки

Обично направени од јаглерод или графит, четките одржуваат електричен контакт помеѓу стационарниот извор на струја и ротирачкиот комутатор.

Намотка на поле или трајни магнети

Тие создаваат стационарно магнетно поле во кое се врти арматурата. Во некои конструкции се користат електромагнети; во други, трајни магнети го обезбедуваат полето.

Лопачки

Поддржуваат ротирачката осковина, ја намалуваат триењето и овозможуваат глатко движење.

Куќиште (рамка)

Надворешниот поклопец што ги држи компонентите заедно, ги штити од оштетувања и може исто така да помогне во распрснувањето на топлината.

Чекор по чекор на процесот на работа

1. Соединување на енергијски извор
   На моторните клеми се доведува директна струја, при што позитивниот и негативниот кабел се поврзуваат со четките.

2. Проток на струја низ арматурата
   Четките го пренесуваат електричниот струј во комутаторот, кој пак го насочува до навивките на арматурата.

3. Интеракција на магнетните полиња
   Струјата во навивките на арматурата создава сопствено магнетно поле. Тоа взаемодействува со стационарното магнетно поле од навивките на полето или трајните магнети.

4. Генерирање на сила
   Взаемодействието помеѓу двете магнетни полиња создава сила врз арматурните проводници, што предизвикува роторот да се врти.

5. Комутирање
   Додека роторот се врти, комутаторот го менува насоката на струјата во навивките на арматурата секој пол оборот. Ова осигурува дека генерираните вртни моменти остануваат во истата насока на вртење.

6. Континуирано ротирање
   Процесот се повторува непрекинато сè додека е приклучен напонот, создавајќи непрекинато механичко вртење.

Улога на комутација во еден истосмерен мотор

Комутацијата е критична за одржување на глатко вртење. Без превртување на струјата во намотките на арматурата во точниот момент, моментот на сила би ја променил насоката и моторот би престанал да работи или би имало трепкање. Кај моторите со четки, механичката комутација се изведува со помош на четките и комутаторските сегменти. Кај безчеткести конструкции, комутацијата ја изведуваат електронските кола.

Типови на истосмерни мотори и нивни работни разлики

Мотор со сериски навивка

• Полето на навивка е поврзано сериски со намотката на арматурата.

• Произведува висок погонен момент, што го прави погоден за примена како жичени мостови и електрични возови.

• Брзината се менува значително со промените на товарот.

Мотор со паралелна навивка

• Полето на навивка е поврзано паралелно со намотката на арматурата.

• Обезбедува добро регулирање на брзината под различни товари.

• Често во индустријска опрема што бара стабилна работа.

Компаунд намотан DC мотор

• Комбинира низа и шунт полни намотки.

• Нуди балансирање помеѓу висок стартен вртежен момент и добра регулација на брзината.

DC мотор со трајни магнети

• Ги користи трајните магнети за полето наместо намотки.

• Попрост дизајн, висока ефикасност и компактна големина.

• Се наоѓа во мали апарати, играчки и автомобилски апликации.

Бесчелничен DC мотор (BLDC)

• Го користи електронското комутирање наместо четки.

• Попефикасен, подолг век на траење и помалку одржување.

• Популарен кај електрични возила, дронови и прецизни инструменти.

Како еден истосмерен мотор развива вртежен момент

Вртежен момент е ротационата сила што ја развива моторот. Кај истосмерен мотор, вртежниот момент зависи од:

• Јачината на магнетното поле.

• Количината на струја во јармотните навивки.

• Бројот на активни проводници во магнетното поле.

Основната равенка за вртежен момент кај истосмерен мотор е:

T = k × Φ × Ia

Каде што:

• Т = Вртежен момент

• k = Моторна константа

• φ = Магнетен тек по полус

• Иa = Якорна струја

Зголемувањето на якорната струја или магнетниот тек ќе ја зголеми вртежната момент.

Контрола на брзина кај еднонасочен мотор

Брзината може да се контролира со прилагодување на:

• Якорно напон : Повисок напон ја зголемува брзината.

• Полевна струја : Зголемувањето на полевната струја ја засилува магнетната поле и ја намалува брзината; намалувајќи ја, се зголемува брзината.

• PWM контрола : Модулацијата на ширината на импулсите овозможува прецизни и ефикасни прилагодувања на брзината.

Контрола на насоката

Насоката на ротација кај еден DC мотор може да се промени со промена на поларноста на напојувањето на арматурата или на полето (но не и на двете истовремено). Ова често се користи кај реверзивни погони како што се електрични лебеди и индустријски транспортери.

Фактори за ефикасност

Ефикасноста на еден DC мотор зависи од минимизирањето на загубите, вклучувајќи ги:

• Електрични загуби во навивките (загуби од отпорност).

• Механички загуби во лежиштата и триењето.

• Загуби во јадрото поради магнетна хистереза и вртложни струи.

Конструкциите без четкички најчесто нудат повисока ефикасност бидејќи го елиминираат триењето од четкичките и го намалуваат електричното искрење.

Предности на DC моторите во практична примена

• Прецизно и глатко управување со брзината.

• Висок пуштен вртежен момент за тешки товари.

• Брз одговор на контролните сигнали.

• Компатибилност со извори на струја од батерии.

Ограничувања кои треба да се разгледаат

• Потреби за одржување кај дизајни со четки.

• Пополкрат век на траење во услови со висок товар ако одржувањето е лошо.

• Електричен бучав од четки и комутатори.

Примена на јажни мотори

• Транспорт : Електрични возила, возови и трамваи.

• Индустријска Машинариja : Валцувалки, транспортери и лифтови.

• Автоматизација : Роботика, CNC машини и актюатори.

• Конзуматорска електроника : Електро алатки, вентилатори и домаќински апарати.

Иднината на технологијата на истокосни мотори

Со порастот на системите за обновлива енергија, електричната мобилност и напредната автоматизација, истокосниот мотор останува релевантен. Подобренията во материјалите, електронските контролери и методите на производство ја подобруваат перформансите, намалуваат одржувањето и го прошируваат нивниот опсег на примена. Посебно, истокосните мотори без четкички се очекува да доминираат во идните конструкции поради нивната ефикасност и по dependableност.

Заклучок

Еден истосмерен мотор работи со претворање на електрична енергија од извор на директна струја во механичка ротација преку интеракцијата на магнетни полиња и проводници со струја. Координираната работа на неговите компоненти — арматура, комутатор, четки и полово систем — осигурува генерирање на непрекинат вртежен момент. Без оглед на тоа дали е во варијанта со четки или без четки, способноста на истосмерниот мотор да обезбеди прецизно контрола на брзината, висок вртежен момент и прилагодливост го прави незаменлив во многу индустрии.

ЧПЗ

Која е главната функција на истосмерен мотор?

Неговата главна функција е да ја претвори електричната енергија од директна струја во механичка ротациона енергија.

Како се контролира брзината на истосмерен мотор?

Со прилагодување на напонот на арматурата, струјата на полот или со користење на електронска PWM контрола.

Зошто истосмерниот мотор има потреба од комутатор?

Комутаторот го менува правецот на струјата во навивите на арматурата во точниот момент за да се осигури непрекината ротација во ист правец.

Може ли истосмерниот мотор да работи без четки?

Да, кај бесчеткастите јачила со истечна струја, електронските кола ги заменуваат четките за комутација.

Што ја определува излезната вртежна момент на јачилото со истечна струја?

Вртежниот момент е определен од магнетниот тек, арматурната струја и конструкцијата на јачилото.