Розуміння режимів роботи двигуна постійного струму та

Методи регулювання швидкості

​

Двигуни постійного струму є повсюдними машинами, які можна знайти в різноманітному електронному обладнанні, що використовується в різних сферах застосування.

Як правило, ці двигуни розгортаються в обладнанні, яке потребує певної форми керування обертанням або рухом.Двигуни постійного струму є важливими компонентами багатьох електротехнічних проектів.Добре розуміння роботи двигуна постійного струму та регулювання швидкості двигуна дозволяє інженерам розробляти програми, які забезпечують більш ефективне керування рухом.

У цій статті детально розглянемо доступні типи двигунів постійного струму, їх режим роботи та способи досягнення контролю швидкості.

Що таке двигуни постійного струму?

ЛюблюДвигуни змінного струму, двигуни постійного струму також перетворюють електричну енергію в механічну.Їхня робота протилежна генератору постійного струму, який виробляє електричний струм.На відміну від двигунів змінного струму, двигуни постійного струму працюють від джерела постійного струму – несинусоїдального, односпрямованого.

Основна конструкція

Хоча двигуни постійного струму сконструйовані різними способами, усі вони містять такі основні частини:

• Ротор (частина машини, яка обертається; також відома як «якор»)
• Статор (обмотки збудження або «стаціонарна» частина двигуна)
• Комутатор (може бути щітковим або безщітковим, залежно від типу двигуна)
• Магніти поля (забезпечують магнітне поле, яке обертає вісь, з’єднану з ротором)

На практиці двигуни постійного струму працюють на основі взаємодії між магнітними полями, створюваними обертовим якорем, і магнітними полями статора або нерухомого компонента.

Безсенсорний безщітковий контролер двигуна постійного струму.Зображення використано з дозволуКензі Мадж.

Принцип дії

Двигуни постійного струму працюють за принципом електромагнетизму Фарадея, який стверджує, що на провідник зі струмом діє сила, коли він знаходиться в магнітному полі.Відповідно до «Правила лівої руки для електродвигунів» Флемінга, рух цього провідника завжди відбувається в напрямку, перпендикулярному струму і магнітному полю.

Математично ми можемо виразити цю силу як F = BIL (де F — сила, B — магнітне поле, I — струм, а L — довжина провідника).

Типи двигунів постійного струму

Двигуни постійного струму поділяються на різні категорії залежно від їх конструкції.Найпоширеніші типи включають щіткові або безщіточні, постійні магніти, послідовні та паралельні.

Щіткові та безщіточні двигуни

Матовий двигун постійного струмувикористовує пару графітових або вугільних щіток, які призначені для проведення або подачі струму від арматури.Ці щітки зазвичай зберігаються в безпосередній близькості від комутатора.Інші корисні функції щіток у двигунах постійного струму включають забезпечення безіскрової роботи, контроль напрямку струму під час обертання та підтримання чистоти комутатора.

Безщіточні двигуни постійного струмуне містять вугільних або графітових щіток.Зазвичай вони містять один або кілька постійних магнітів, які обертаються навколо нерухомого якоря.Замість щіток у безщіткових двигунах постійного струму використовуються електронні схеми для керування напрямком обертання та швидкістю.

Двигуни з постійними магнітами

Двигуни з постійними магнітами складаються з ротора, оточеного двома протилежними постійними магнітами.Магніти створюють потік магнітного поля під час проходження постійного струму, що змушує ротор обертатися за або проти годинникової стрілки, залежно від полярності.Головною перевагою цього типу двигуна є те, що він може працювати на синхронній швидкості з постійною частотою, що дозволяє оптимально регулювати швидкість.

Двигуни постійного струму з послідовним намотуванням

Серійні двигуни мають обмотки статора (зазвичай зроблені з мідних прутів) і обмотки збудження (мідні котушки), з’єднані послідовно.Отже, струм якоря і струми поля рівні.Високий струм тече безпосередньо від джерела живлення в обмотки збудження, які товщі та менші, ніж у шунтових двигунах.Товщина обмоток збудження збільшує несучу здатність двигуна, а також створює потужні магнітні поля, які надають серійним двигунам постійного струму дуже високий крутний момент.

Шунтові двигуни постійного струму

Якір і обмотки збудження шунтового двигуна постійного струму з’єднані паралельно.Завдяки паралельному з'єднанню обидві обмотки отримують однакову напругу живлення, хоча збуджуються окремо.Шунтові двигуни зазвичай мають більше обертів на обмотках, ніж послідовні двигуни, що створює потужні магнітні поля під час роботи.Шунтові двигуни можуть мати відмінне регулювання швидкості навіть при змінних навантаженнях.Однак їм зазвичай не вистачає високого пускового моменту серійних двигунів.

Двигун і схема регулювання швидкості, встановлені в міні-дрилі.Зображення використано з дозволуДільшан Р. Джаякоді

Контроль швидкості двигуна постійного струму

Є три основних способи досягнення регулювання швидкості в послідовних двигунах постійного струму: керування потоком, керування напругою та керування опором якоря.

1. Метод керування потоком

У методі регулювання потоку реостат (різновид змінного резистора) з’єднаний послідовно з обмотками збудження.Метою цього компонента є збільшення послідовного опору в обмотках, що зменшить потік, відповідно збільшуючи швидкість двигуна.

2. Метод регулювання напруги

Метод змінного регулювання зазвичай використовується в шунтових двигунах постійного струму.Знову ж таки, є два способи досягнення регулювання регулювання напруги:

• Підключення шунтового поля до фіксованої напруги збудження при живленні арматури різними напругами (так званий множинний контроль напруги)
• Зміна напруги, що подається на арматуру (він же метод Уорда Леонарда)

3. Метод контролю опору арматури

Контроль опору якоря заснований на тому принципі, що швидкість двигуна прямо пропорційна зворотній ЕРС.Отже, якщо напруга живлення та опір якоря зберігаються на постійному значенні, швидкість двигуна буде прямо пропорційна струму якоря.

Під редакцією Лізи