Электродвигатель постоянного тока: принцип работы и действия, устройство, характеристики

Содержание

1. Краткая история создания
2. Принцип действия электродвигателя постоянного тока
3. Устройство электродвигателя постоянного тока
4. Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Сейчас невозможно представить нашу жизнь без электродвигателей. Они приводят в действие станки, бытовую технику и инструменты, поезда, трамваи и троллейбусы, компьютеры, игрушки и разные подвижные механизмы, устанавливаются на производственных станках, если частоту вращения рабочего вала требуется регулировать в широком диапазоне. Агрегаты для преобразования электрической энергии в механическую представлены множеством видов и моделей (синхронные, асинхронные, коллекторные и т.д.). Из этой статьи вы узнаете, что такое электродвигатель постоянного тока, его устройство и принцип действия.

Краткая история создания

Разные ученые пытались создать экономичный и мощный двигатель еще с первой половины 19 века.

Основой послужило открытие М.Фарадея, сделанное в 1821 г. Он обнаружил, что помещенный в магнитное поле проводник вращается. Отталкиваясь от этого, в 1833 г изобретатель Томас Дэвенпорт смог сконструировать двигатель постоянного тока, а позже, в 1834 г, ученый Б.С.Якоби придумал прообраз современной модели двигателя с вращающимся валом. Устройство, более похожее на современные агрегаты, появилось в 1886 г, и до сегодняшнего дня электродвигатель продолжает совершенствоваться.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

На мысль о создании двигателя ученых натолкнуто следующее открытие. Помещенная в магнитное поле проволочная рамка с пропущенным по ней током начинает вращаться, создавая механическую энергию. Принцип действия электродвигателя постоянного тока основывается на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Но одна рамка после определенного количества вращений замирает в положении, параллельном внешнему магнитному полю. Для продолжения движения необходимо добавить вторую рамку и в определенный момент переключить направление тока.

Вместо рамок в двигателе используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг него возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и далее процесс продолжается.

Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах).

Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников. Изолированные друг от друга выводы представляют собой кольцо из нескольких ламелей, которое находится на оси вала якоря и называется коллекторным узлом. Благодаря поочередному замыканию ламелей щетками двигатель вращается равномерно. Степень равномерности работы двигателя зависит от количества проводников (чем больше, тем равномернее).

Устройство электродвигателя постоянного тока

Теперь, когда вы знаете, как работает электродвигатель постоянного тока, пора ознакомиться с его конструкцией.

Как и у других моделей, основу двигателя составляют статор (индуктор) – неподвижная часть, и якорь вкупе с щеточноколлекторным узлом – подвижная часть. Обе части разделены воздушным зазором.

В состав статора входят станина, являющаяся элементом магнитной цепи, а также главные и добавочные полюса. Обмотки возбуждения, необходимые для создания магнитного поля, находятся на главных полюсах. Специальная обмотка, улучшающая условия коммутации, расположена на добавочных полюсах.

Якорь представляет собой узел, состоящий из магнитной системы (она собрана из нескольких листов), набора обмоток (проводников), уложенных в пазы, и коллектора, который подводит постоянный ток к рабочей обмотке.

Коллектор имеет вид цилиндра, собранного из изолированных медных пластин. Он насажен на вал двигателя и имеет выступы, к которым подходят концы секций обмотки якоря. Щетки снимают ток с коллектора, входя с ним в скользящий контакт. Удержание щеток в нужном положении и обеспечение их нажатия на коллектор с определенной силой осуществляется щеткодержателями.

Многие модели двигателей оснащены вентилятором, задача которого – охлаждение агрегата и увеличение продолжительности рабочего периода.

Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока позволяют широко использовать это устройство в самых разных сферах – от бытовых приборов до транспорта. К его преимуществам можно отнести:

• Экологичность. При работе не выделяются вредные вещества и отходы.
• Надежность. Благодаря довольно простой конструкции он редко ломается и служит долго.
• Универсальность. Он может использоваться в качестве как двигателя, так и генератора.
• Простота управления.
• Возможность регулирования частоты и скорости вращения вала – достаточно подключить агрегат в цепь переменного сопротивления.
• Легкость запуска.
• Небольшие размеры.
• Возможность менять направление вращения вала. В двигателе с последовательным возбуждением нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, во всех остальных типах – в якоре.

Как и любое устройство, электродвигатели постоянного тока имеют и «слабые стороны»:

• Их себестоимость, следовательно, и цена достаточно высока.
• Для подключения к сети необходим выпрямитель тока.
• Самая уязвимая и быстроизнашивающаяся деталь – щетки – требует периодической замены.
• При сильной перегрузке может случиться возгорание. Если соблюдать правила эксплуатации, такая возможность исключена.

Но, как видите, достоинства явно перевешивают, поэтому на данный момент электродвигатель является одним из наиболее экономичных и эффективных устройств. Зная устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока, вы сможете самостоятельно собрать и разобрать его для техосмотра, чистки или устранения неисправностей.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.

Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.

Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.

Содержание:

Электродвигатель постоянного и переменного тока

История изобретения

Электродвигатель Якоби.

Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит.

После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.

Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:

1. После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
2. Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
3. После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.

   1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея

Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.

Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.

В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины

Устройство и принцип работы

В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.

Основной принцип

Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:

1. Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
2. Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
3. Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.

Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:

• Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
• Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
• Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.

Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.

Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.

Проблема слабых пусковых токов рассматривается ниже в отдельном разделе.

Конструкция

Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:

1. Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
2. Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.

Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.

Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:

1. В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
2. По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
3. Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
4. Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.

Детали электродвигателя постоянного тока

Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.

В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.

Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».

Пусковые токи

Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:

• защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
• провода обмотки сгорят от перегрузки;
• секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.

Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.

Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.

Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:

1. Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
2. После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
3. После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».

Данный цикл повторяется 3-5 раз (рис. 4) и решает необходимость старта двигателя без возникновения критических нагрузок в сети. Фактически, «плавный» запуск по-прежнему отсутствует, однако оборудование работает безопасно, а главное достоинство электродвигателя постоянного тока – крутящий момент – сохраняется.

Схемы подключения

Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.

У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.

Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:

1. Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т. п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
2. Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
3. Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.

В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.

Регулировка скорости вращения

Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:

1. В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
2. При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.

Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.

Реверсирование

Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:

• при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
• при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Достоинства и недостатки

Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.

Основные достоинства:

• ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
• скорость вращения якоря легко регулируется;
• двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.

Главные недостатки:

• ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
• использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
• для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.

Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.

Как работает двигатель постоянного тока ?

Дорогие мои читатели, начинаем разбирать темы августовского стола заказов (боже мой, как быстро летит время!). Сегодняшняя тема может быть мало кого заинтересует, зато если кого заинтересует, так это будет очень в пользу им. Слушаем trudnopisaka: Напишите пожалуйста понятно о устройстве электродвигателей постоянного тока. Можно на  примере одного из типов. Ведь с одной стороны принцип работы очень простой, а с другой,  если разобрать один из электродвигателей, то там много деталей, назначение которых не  очевидно. А на сайтах в начале поисковой выдачи есть только название этих деталей, в лучшем  случае. Планирую с детьми собрать простой электродвигатель, чтобы это помогло им в понимании  техники и они не боялись ее осваивать.

Первый этап развития электродвигателя (1821-1832) тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую.

В 1821 году М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея подтвердил принципиальную возможность построения электрического двигателя.

Для второго этапа развития электродвигателей (1833-1860) характерны конструкции с вращательным движением якоря.

Томас Дэвенпорт — американский кузнец, изобретатель, в 1833 году сконструировал первый роторный электродвигатель постоянного тока, создал приводимую им в движение модель поезда. В 1837 году он получил патент на электромагнитную машину.

В 1834 году Б. С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. 13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б. С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

• расширение применения электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т. е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;
• электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты, большую мощность ибольший коэффициент полезного действия;
• этап в развитии электродвигателей связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом.

Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешёвого источника электрической энергии — электромагнитного генератора постоянного тока.

В 1886 году электродвигатель постоянного тока приобрёл основные черты современной конструкции. В дальнейшем он всё более и более совершенствовался.

В настоящее время трудно представить себе жизнь человечества без электродвигателя. Он используется в поездах, троллейбусах, трамваях. На заводах и фабриках стоят мощные электрические станки. Электромясорубки, кухонные комбайны, кофемолки, пылесосы — всё это используется в быту и оснащено электродвигателями.

 

 

Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. Направление этого поля определяют по правилу буравчика (винта).

При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки (правило правой руки используется для генераторов, а правило левой руки подходит только для двигателей). Эта сила называется «амперовой» и её величина определяется по закону Ампера F=BхIхL, где В – значение магнитной индукции поля; I – ток, циркулирующий в проводнике; L – длина провода.

 

 

Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

Рассмотрим принцип создания механического движения с помощью электричества более подробно. На динамической иллюстрации показан простейший электромотор. В однородном магнитном поле вертикально располагаем проволочную рамку и пропускаем по ней ток. Что происходит? Рамка проворачивается и по инерции двигается какое-то время до достижения горизонтального положения. Это нейтральное положение – мёртвая точка — место, где воздействие поля на проводник с током равно нулю. Чтобы движение продолжилось, нужно добавить ещё хотя бы одну рамку и обеспечить переключение направление тока в рамке в нужный момент. На обучающем видео внизу страницы хорошо виден этот процесс.

 

 

Современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полясами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе. Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

Таким образом, обмотка якоря передаёт вращающий момент на вал электромотора, а тот в свою очередь приводит в движение рабочие механизмы любого оборудования, такого как, например, станок для сетки рабицы. Хотя в этом случае используется асинхронный двигатель переменного тока, основной принцип его работы идентичен принципу действия двигателя постоянного тока – это выталкивание проводника с током из магнитного поля. Только у асинхронного электромотора вращающееся магнитное поле, а у электродвигателя постоянного тока – поле статичное.

 

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.

 

 

Индуктор (статор) электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

 

 

 

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянноготока.

 

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусомэлектродвигателя.

 

 

Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка дегтя во всей этой вкусняшке — коллектор.

Это сложный, дорогой и очень ненадежный узел. Он искрит, создает помехи, забивается проводящей пылью от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо.

Но что такое коллектор вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины.

Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щетки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса.

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

 

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не изменилось.

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов. При больших токах, в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего, искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.Конструкция двигателя может иметь один или несколько щеточно-коллекторных узлов.

А на дворе то уже 21 век и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения ротора, чтобы знать в какой момент переключать обмотки.

А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо проще вращать магнит или простенькую обмотку возбуждения, чем якорь со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.

И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями. Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они ОЧЕНЬ схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления. Но это уже совсем другая история. ВОТ ТУТ можно прочитать про него подробнее.

 

Продолжая тему двигателя постоянного тока нужно отметить, что принцип действия электродвигателя основывается на инвертировании постоянного тока в якорной цепи, чтобы не было торможения, и вращение ротора поддерживалось в постоянном ритме. Если изменить направление тока в возбуждающей обмотке статора, то, согласно правилу левой руки, изменится направление вращения ротора. То же самое произойдёт, если мы поменяем местами щёточные контакты, подводящие питание от источника к якорной обмотке. А вот если поменять «+» «-» и там и там, то направление вращения вала не изменится. Поэтому, в принципе, для питания такого мотора можно использовать и переменный ток, т.к. ток в индукторе и якоре будет меняться одновременно. На практике такие устройства используются редко.

Думаю многие из вас кто баловался с движками могли заметить, что у них есть ярко выраженный пусковой ток, когда мотор на старте может рвануть стрелку амперметра, например, до ампера, а после разгона ток падает до каких-нибудь 200мА.

Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки. Так что предельный ток который может развить движок и на который следует рассчитывать схему узнать несложно. Достаточно замерить сопротивление обмотки двигателя и поделить на это значение напряжение питания. Просто по закону Ома. Это и будет максимальный ток, пусковой.

Но по мере разгона начинается забавная вещь, обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость.

А если движок дополнительно еще подкручивать по ходу, то противоэдс будет выше питания и движок начнет вкачивать энергию в систему, став генератором.

 

 

Что касается электрической схемы включения двигателя, то их несколько и они показаны на рисунке. При параллельном соединении обмоток, обмотка якоря делается из большого количества витков тонкой проволоки. При таком подключении коммутируемый коллектором ток будет значительно меньше из-за большого сопротивления и пластины не будут сильно искрить и выгорать. Если делать последовательное соединение обмоток индуктора и якоря, то обмотка индуктора делается из провода большего диаметра с меньшим количеством витков, т. к. весь якорный ток устремляется через статорную обмотку. При таких манипуляциях с пропорциональным изменением значений тока и количества витков, намагничивающая сила остаётся постоянной, а качественные характеристики устройства становятся лучше.

На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления.

В настоящее время двигатели постоянного тока независимого возбуждения, управляемые тиристорными преобразователями, используются в промышленных электроприводах.’Эти при­воды обеспечивают регулирование скорости в широком диапазо­не. Регулирование скорости вниз от номинальной осуществляется изменением напряжения на якоре, а вверх — ослаблением потока возбуждения. Ограничения, по мощности и скорости обусловлены свойствами используемых двигателей, а не полупроводниковых приборов. Тиристоры могут соединяться последовательно или па­раллельно, если они имеют недостаточно высокий. класс по напря­жению или току. Ток якоря и момент ограничены перегрузочной способностью двигателя по нагреву.

Принцип работы:

 

 

 

 

Сборка двигателя постоянного тока ПО ДЕТАЛЯМ:

 

 

 

 

Для любопытных могу еще подробно рассказать про Миф о торсионном генераторе или например что такое Золотое сечение и симметрия. Ну и совсем для жаждущих — подробно про  Термоядерный реактор ITER. Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz.ru/?p=32677

Двигатели постоянного тока — Устройство, принцип действия электродвигателя

Электрическая машина постоянного тока состоит из статора, якоря, коллектора, щеткодержателя и подшипниковых щитов (рисунок 1). Статор состоит из станины (корпуса), главных и добавочных полюсов, которые имеют обмотки возбуждения. Эту неподвижную часть машины иногда называют индуктором. Главное его назначение — создание магнитного потока. Станина изготавливается из стали, к ней болтами крепятся главные и добавочные полюса, а также подшипниковые щиты. Сверху на станине имеются кольца для транспортирования, снизу — лапы для крепления машины к фундаменту. Главные полюса машины набираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 -1 мм с целью уменьшения потерь, которые возникают из-за пульсаций магнитного поля полюсов в воздушном зазоре под полюсами. Стальные листы сердечника полюса спрессованы и скреплены заклепками.

Рисунок 1 – Машина постоянного тока:
I — вал; 2 — передний подшипниковый щит; 3 — коллектор; 4 — щеткодержатель; 5 — сердечник якоря с обмоткой; б — сердечник главного полюса; 7 — полюсная катушка; 8 — станина; 9 — задний подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — лапы; 12 — подшипник

Рисунок 2 – Полюса машины постоянного тока:
а — главный полюс; б — дополнительный полюс; в — обмотка главного полюса; г — обмотка дополнительного полюса; 1 — полюсный наконечник; 2 — сердечник
В полюсах различают сердечник и наконечник (рисунок 2). На сердечник надевают обмотку возбуждения, по которой проходит ток, создавая магнитный поток. Обмотка возбуждения наматывается на металлический каркас, оклеенный электрокартоном (в больших машинах), или размещается на изолированном электрокартоном сердечнике (малые машины). Для лучшего охлаждения катушку делят на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Добавочные полюса устанавливаются между главными. Они служат для улучшения коммутации. Их обмотки включаются последовательно в цепь якоря, поэтому проводники обмотки имеют большое сечение.
Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник якоря собирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и спрессовывается с обеих сторон с помощью нажимных шайб. В машинах с радиальной системой вентиляции листы сердечника собираются в отдельные пакеты толщиной 6-8 см, между которыми делают вентиляционные каналы шириной 1 см. При осевой вентиляции в сердечнике выполняют отверстие для прохождения воздуха вдоль вала. На внешней поверхности якоря имеются пазы для обмотки.

Рисунок 3 – Расположение секции обмотки якоря в пазах сердечника
Обмотка якоря изготавливается из медных проводов круглого или прямоугольного сечения в виде заранее выполненных секций (рисунок 3). Они укладываются в пазы, где тщательно изолируются. Обмотку делают двухслойной: размещают в каждом пазу две стороны разных якорных катушек — одну над другой. Обмотку закрепляют в пазах клиньями (деревянными, гетинаксовыми или текстолитовыми), а лобовые части крепят специальным проволочным бандажом. В некоторых конструкциях клинья не применяют, а обмотку крепят бандажом. Бандаж изготовляют из немагнитной стальной проволоки, которая наматывается с предварительным натяжением. В современных машинах для бандажировки якорей используют стеклянную ленту.
Коллектор машины постоянного тока собирается из клиноподобных пластин холоднокатаной меди. Пластины изолируют одну от другой прокладками из коллекторного миканита толщиной 0,5 — 1 мм. Нижние (узкие) края пластин имеют вырезы в виде ‘ласточкина хвоста’, которые служат для крепления медных пластин и миканитовой изоляции. Коллекторы крепят нажимными конусами двумя способами: при одном из них усилие от зажима передается только на внутреннюю поверхность ‘ласточкина хвоста’, при втором — на ‘ласточкин хвост’ и конец пластины.
Коллекторы с первым способом крепления называют арочными, со вторым — клиновыми. Наиболее распространены арочные коллекторы.
В коллекторных пластинах со стороны якоря при небольшой разнице в диаметрах коллектора и якоря делают выступы, в которых фрезеруют прорези (шлицы). В них укладывают концы обмотки якоря и припаивают оловянистым припоем. При большой разнице в диаметрах припайка к коллектору делается с помощью медных полосок, которые называются ‘петушками’.
В быстроходных машинах большой мощности для предотвращения выпучивания пластин под действием центробежных сил применяют внешние изолированные бандажные кольца.
Щеточный аппарат состоит из траверсы, щеточных пальцев (болтов), щеткодержателей и щеток. Траверса предназначена для крепления на ней щеточных пальцев щеткодержателей, образующих электрическую цепь.
Щеткодержатель состоит из обоймы, в которую помещается щетка, рычага для прижима щетки к коллектору и пружины. Давление на щетку составляет 0,02 — 0,04 МПа.
Для соединения щетки с электрической цепью имеется гибкий медный тросик.
В машинах малой мощности применяют трубчатые щеткодержатели, которые крепят в подшипниковом щите. Все щеткодержатели одной полярности соединяются между собой сборными шинами, которые подключаются к выводам машины.
Щетки (рисунок 4) в зависимости от состава порошка, способа изготовления и физических свойств разделяют на шесть основных групп: угольно-графитовые, графитовые, электрографитовые, медно-графитовые, бронзографитовые и серебряно-графитовые.
Подшипниковые щиты электрической машины служат в качестве соединительных деталей между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах.

Рисунок 4 – Щетки:
а — для машин малой и средней мощности; б — для машин большой мощности; 1 — щеточный канатик; 2 — наконечник
Различают обычные и фланцевые подшипниковые щиты.
Подшипниковые щиты изготовляют из стали (реже из чугуна или алюминиевых сплавов) методом литья, а также сварки или штамповки. В центре щита делается расточка под подшипник качения: шариковый или роликовый. В машинах большой мощности в ряде случаев используют подшипники скольжения.
В последние годы статор двигателей постоянного тока собирают из отдельных листов электротехнической стали. В листе одновременно штампуются ярмо, пазы, главные и добавочные полюса.

Работа и схемы электродвигателей постоянного тока

Моторы, работающие на постоянном токе редко встречаются в домашнем хозяйстве. Но они всегда стоят во всех детских игрушках, работающих от батареек, которые ходят, бегают, ездят, летают и т. п. Двигатели постоянного тока (ДПТ) устанавливаются в автомобилях: в вентиляторах и различных приводах. Они почти всегда используются на электротранспорте и реже в производстве.

Преимущества ДПТ по сравнению с асинхронными моторами:

• Хорошо поддаются регулировке.
• Отличные пусковые свойства.
• Частоты вращения могут быть более 3000 об/мин.

Недостатки ДПТ:

1. Низкая надежность.
2. Сложность изготовления.
3. Высокая стоимость.
4. Большие затраты на обслуживание и ремонт.

Далее Я постараюсь кратко и доступно в одной статье изложить схемы, принципы работы, регулировки и реверса двигателей постоянного тока.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

Устройство двигателя аналогично синхронным двигателям переменного тока. Повторяться не буду, если не знаете, тогда смотрите в этой нашей статье.

Любой современный электромотор  работает на основе закона магнитной индукции Фарадея и «Правила левой руки».  Если к нижней части обмотки якоря подключить электрический ток в одном направлении, а к верхней- в обратном- он начнет вращаться. Согласно правилу левой руки, проводники, уложенные в пазах якоря, будут выталкиваться магнитным полем обмоток корпуса ДПТ или статора.

Нижняя часть будет выталкиваться вправо, а верхняя – влево, поэтому якорь начнет вращаться до момента пока части якоря не поменяются местами. Для создания непрерывного вращения необходимо постоянно менять местами полярность обмотки якоря. Чем и занимается коллектор, который при вращении коммутирует обмотки якоря.  Напряжение от источника тока подается на коллектор при помощи пары прижимных графитовых щеток.

Принципиальные схемы электродвигателя постоянного тока

Если двигатели переменного тока довольно просто подключаются, то с ДПТ все сложнее. Вам необходимо знать марку мотора, и затем в интернете узнавайте про его схему включения.

Чаще всего у средних и мощных моторов постоянного тока есть в клеммной коробке отдельные выводы от якоря и от обмотки возбуждения (ОВ). Как правило, на якорь подаётся полное напряжение электропитания, а на обмотку возбуждения -регулируемый ток реостатом или переменным напряжением. От величины тока ОВ и будут зависеть обороты ДПТ. Чем он выше, тем быстрее скорость вращения.

В зависимости от того как подключен якорь и ОВ, электродвигатели бывают с независимым возбуждением от отдельного источника тока и с самовозбуждением, которое может быть параллельным, последовательным и смешанным.

На производстве применяются двигатели с независимым возбуждением ОВ, которая подключается к отдельному от якоря источнику питания.  Между обмотками возбуждения и якоря нет электрической связи.

Схема подключения с параллельным возбуждением по своей сущности аналогична схеме с независимым возбуждением ОВ. С той лишь разницей, что отпадает необходимость в использовании отдельного источника питания.  Двигатели при включении по обоим этим схема обладают одинаковыми жесткими характеристиками, поэтому применяются в станках, вентиляторах и т. п.

Моторы с последовательным возбуждением применяются, когда необходим большой пусковой ток, мягкая характеристика. Они применяются а трамваях, троллейбусах и электровозах. По этой схеме обмотки возбуждения и якоря подключаются между собой последовательно.  При подаче напряжения токи в обоих обмотках будут одинаковы. Главный недостаток заключается в том, что при уменьшении нагрузки на вал меньше 25% от номинала, происходит резкое увеличение частоты вращения, достигающее опасных для ДПТ значений. Поэтому для безотказной работы необходима постоянная нагрузка на вал.

Иногда применяются ДПТ со смешанным возбуждением, при котором одна обмотка ОВ соединяется последовательно якорной цепи, а другая параллельно.  В жизни редко встречается.

Реверсирование двигателей постоянного тока

Что бы изменить направление вращение ДПТ с последовательным возбуждением необходимо поменять направления тока в ОВ или обмотке якоря. Практически, это делается изменением полярности: меняем плюс с минусом местами. Если же поменять одновременно полярность в цепях возбуждения и якоря, тогда направление вращения не изменится. Аналогично делается реверс и для моторов, работающих на переменном токе.

Реверсирование ДПТ с параллельным или смешанным возбуждением лучше производить изменением направления электрического тока в обмотке якоря. При разрыве обмотки возбуждения, ЭДС достигает опасных величин и возможен пробой изоляции проводов.

Регулирование оборотов двигателей постоянного тока

ДПТ с последовательным возбуждением проще всего регулировать переменным сопротивлением в цепи якоря. Регулировать можно только на уменьшение числа оборотов в соотношении 2:1 или 3:1. При этом происходят большие потери в регулировочном реостате (R рег). Данный метод используется в кранах и электрических тележках, у которых бывают частые перерывы в работе. В других случаях используется регулировка оборотов вверх от номинала при помощи реостата в цепи обмотки возбуждения, как показано на правом рисунке.

ДПТ с параллельным возбуждением так же можно регулировать частоту оборотов вниз при помощи сопротивления в цепи якоря, но не более 50 процентов от номинала. Опять же будет нагрев сопротивления из-за потерь электрической энергии в нем.

Увеличить же обороты максимум в 4 раза позволяет реостат в цепи ОВ. Самый простой и распространенный метод регулировки частоты вращения.

На практике в современных электромоторах данные методы регулировки из-за своих недостатков и ограниченности диапазона регулирования редко применяются. Используются различные электронные схемы управления.

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Электротехника занимает особое место в жизни современного человека. Электродвигатель входит в перечень популярных устройств, что находят применение в разных направлениях деятельности человека. Недавно был опубликован текст, где детально изложены все нюансы силового агрегатного механизма, функционирующего в сети переменного тока.

Тема этой статьи затрагивает двигатель постоянного тока: устройство и принцип действия системы, особенности конструкции, способы коммуникации с электросетью и прочие нюансы.

Особенности силового агрегата

Ответ на вопрос: «из чего состоит двигатель постоянного тока» выглядит так:

• 1. Вал для монтажа остальных компонентов.
• 2. Роторный элемент (якорь), в который входят:
• 2.1 Сердечник – комплекс металлических элементов, изготовленных из стального сплава для электротехники.
• 2.2 Обмотка.
• 2.3 Коллектор.
• 2.4 Главный полюс – комплекс металлических элементов (пластин). В случае небольших агрегатных механизмов допустимо производство полюсов из магнитов.
• 2.5 Обмотка возбуждения.
• 2.6 Цельные вспомогательные полюсы (в малогабаритных системах отсутствуют) позволяют оптимизировать коммутацию. Их размещают между ключевых полюсов.
• 2.7 Обмотка из окрашенной проводки вспомогательного полюса.
• 3. Корпус двигателя изготавливают из чугуна. Этот металл хорошо зарекомендовал себя при эксплуатации в экстремальных условиях. Он обладает оптимальным значением износостойкости. Чтобы улучшить корпус, инженеры разрабатывают конструкцию с ребрами, позволяющими соблюдать правильный баланс температур при эксплуатации агрегата. Полюсы и якорь монтируют в корпус. Они нужны для формирования индуктора.
• 4. Конечные элементы обмотки зоны полюсов подключается к коробке с клеммами. В этом техническом блоке имеются модули, обеспечивающие сопряжение с индуктором и щетками якоря. Имеются технологические разъемы, позволяющие установить сальники (нужны для подвода силового кабеля). Существуют устройства небольшой мощности. Конструкция такого двигателя допускает вывод обмотки в коробку с клеммами, при этом один из зажимов полюсов и траверса щеток должны находиться в плотной коммуникации в машине. В коробку клемм следует выводить оставшиеся зажимы. Большие силовые агрегаты эксплуатируют в условиях значительного номинального напряжения. Следовательно, отсутствует необходимость в монтаже коробки клемм. Нижний блок станины выступает в виде точки вывода проводки. В случае параллельной системы допустимо использовать силовые кабели. Последовательное соединение предусматривает наличие шин.

Устройство коллекторной машины постоянного тока предусматривает наличие следующих элементов:

• 1. Блок подшипников: щиты (на них монтируют наружные и внутренние крышки), шарнирные элементы.
• 2. Узел щеток: кронштейн, держатели, а также сами щетки. Система фиксируется на выпуклости крышки заднего щита. Она необходима для организации подачи энергии к ротору, а также для трансформации тока в якоре.
• 3. Вентилятор обеспечивает низкую температуру нагрева конструкции во время эксплуатации.
• 4. Пружины и болты для упрощения погрузки-разгрузки, а также установки двигателя.
• 5. Лапы для минимизации вибрации во время эксплуатации.
• 6. Кожух защиты вентилятора, а также кожух вывода обдува.
• 7. Шильдик с перечнем ключевых параметров.

Способы подключения

Особого внимания заслуживает подключение двигателя постоянного тока к сети 220. На коробке клемм указывается определенная маркировка на основании параметров двигателя. На базе этих данных выбирается способ подключения кабельной системы. Рассмотрим все способы подачи питания более подробно.

Запуск обмотки от независимых источников

Такое устройство функционирует в случае, когда напряжение на обмотке и якорь получают питание энергией от разных источников энергии. В зону размещения силового кабеля подключаются два двужильных провода (серый и синий). Предварительно зачищаются края. Позднее их оснащают наконечниками.

Далее следует начать подключать каждую из жил. Инструкция по коммуникациям между жилами и клеммами представлена во внутренней части коробки клемм. Рекомендуется четко следовать предложенной системе действий. В рассматриваемом случае система выглядит следующим образом:

• 1. Синяя жила первого провода соединяется с клеммой Н1, а к клемме Н2 подключается серая жила.
• 2. Синяя жила второго провода сопрягается с клеммой Я2, а к клемме Д2 присоединяют серую жилу.

Последовательное и параллельное возбуждение обмотки

Чтобы подключить такие агрегаты, нужно завести один двужильный кабель (должны быть синяя и серая жилы). Концы зачищаются и оснащаются наконечники. Рассмотрим особенности каждого из них.

Когда идет подключение системы с параллельной активацией обмотки, следует выполнить монтаж перемычек между контактной парой Д2 и Ш1, а также Я2 и Ш2. Соответственно серая жила подключается к клемме Д2, а синий провод соединяется с клеммой Я2. Возможно аналогичное сопряжение с модулями Ш1 и Ш2.

Когда наблюдается последовательная активация сети, ставят перемычку из гибкого материала с обеих сторон клемм С2 и Я2. Силовой кабель с наконечниками подключается так: серый элемент в коммуникации с клеммой Д2 (как и в случае, что описан выше), при этом синий фрагмент подключается к клемме С2.

Особенности функционирования

Принцип действия двигателя постоянного тока кратко – актуальный вопрос, интересующий многих пользователей. Рассмотрим его максимально подробно.

Происходит подача напряжения, начинается процесс циркуляции электричества по проводам обмотки. Можно заметить формирование зоны полярности между смежными полюсами. Образуется определенного рода магнитная система, провоцирующая возникновение магнитного поля. Коллектор передает стабильный поток энергии на якорь, при этом с двух сторон наблюдается коммуникация с созданным магнитным полем. Электромагнитная индукция запускает вращающий момент. Происходит поворот ротора. Активизируется система щеток. Обеспечивается постоянное вращение ротора за счет тесной коммуникации элементов.

В электрическом двигателе якорь может вращаться в любом направлении. Трансформировать обороты можно при помощи простого действия. Достаточно сменить направление тока в обмотке. Для этого меняется полярность питающих жил в коробке клемм. Такого эффекта удается достигнуть за счет перестановки кабеля положительного заряда в отрицательное положение, а отрицательного заряда – в положительное значение соответственно. Новая схема подключения выглядит так: серую жилу соединяют с клеммой Н1 (Я2), а синий провод прикрепляют к клемме Н2 (Д2).

Когда меняются полярные зоны в системе запуска и вращающегося элемента, преобразование движения не наблюдается. Изменения становятся возможны только в случае, когда меняется направление тока в обмотке или якоре. Задачу удается реализовать, когда происходит монтаж подготовленных перемычек между контактной группой С1, Д2, С2. Для этого используется серый кабель. Питание подключается в таком порядке: серая жила подключена к клемме С1, а синяя — к клемме Я2.

Перемычки между клеммами С1, Д2, С2 могут быть смонтированы при помощи синего провода. В этом случае схема подключения силового кабеля выглядит в обратном порядке от схемы, что изложена выше (серый провод соединяют с клеммой Я2, а синий провод сопрягают с клеммой С1).

Двигатель постоянного тока можно переключить в реверс. Для этого рекомендуется менять направление движения электричества в обмотке якоря. Подобное обстоятельство объясняет факт того, что обрыв провода в обмотке возбуждения может спровоцировать критическое увеличение ЭДС. В результате вероятнее всего будет наблюдаться пробой изоляции проводки.

Двигатель постоянного тока – это силовой агрегат, обеспечивающий функционирование электротехнических приспособлений. Выше детально рассмотрены устройство, принцип функционирования, а также способы подключения двигателя. Этот вопрос более детально изложен на видео, где специалисты на наглядном примере демонстрируют все нюансы, что описаны в этой статье.

Как работает двигатель постоянного тока? (анимация и видео): shkola30 — LiveJournal

Дорогие мои читатели, начинаем разбирать темы августовского стола заказов (боже мой, как быстро летит время!). Сегодняшняя тема может быть мало кого заинтересует, зато если кого заинтересует, так это будет очень в пользу им. Слушаем trudnopisaka: Напишите пожалуйста понятно о устройстве электродвигателей постоянного тока. Можно на  примере одного из типов. Ведь с одной стороны принцип работы очень простой, а с другой,  если разобрать один из электродвигателей, то там много деталей, назначение которых не  очевидно. А на сайтах в начале поисковой выдачи есть только название этих деталей, в лучшем  случае. Планирую с детьми собрать простой электродвигатель, чтобы это помогло им в понимании техники и они не боялись ее осваивать.

Первый этап развития электродвигателя (1821-1832) тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую.

В 1821 году М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея подтвердил принципиальную возможность построения электрического двигателя.

Для второго этапа развития электродвигателей (1833-1860) характерны конструкции с вращательным движением якоря.

Томас Дэвенпорт — американский кузнец, изобретатель, в 1833 году сконструировал первый роторный электродвигатель постоянного тока, создал приводимую им в движение модель поезда. В 1837 году он получил патент на электромагнитную машину.

В 1834 году Б. С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. 13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б. С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

• расширение применения электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т. е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;


• электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты, большую мощность ибольший коэффициент полезного действия;


• этап в развитии электродвигателей связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом.

Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешёвого источника электрической энергии — электромагнитного генератора постоянного тока.

В 1886 году электродвигатель постоянного тока приобрёл основные черты современной конструкции. В дальнейшем он всё более и более совершенствовался.

В настоящее время трудно представить себе жизнь человечества без электродвигателя. Он используется в поездах, троллейбусах, трамваях. На заводах и фабриках стоят мощные электрические станки. Электромясорубки, кухонные комбайны, кофемолки, пылесосы — всё это используется в быту и оснащено электродвигателями.

Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. Направление этого поля определяют по правилу буравчика (винта).

При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки (правило правой руки используется для генераторов, а правило левой руки подходит только для двигателей). Эта сила называется «амперовой» и её величина определяется по закону Ампера F=BхIхL, где В – значение магнитной индукции поля; I – ток, циркулирующий в проводнике; L – длина провода.

Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

Рассмотрим принцип создания механического движения с помощью электричества более подробно. На динамической иллюстрации показан простейший электромотор. В однородном магнитном поле вертикально располагаем проволочную рамку и пропускаем по ней ток. Что происходит? Рамка проворачивается и по инерции двигается какое-то время до достижения горизонтального положения. Это нейтральное положение – мёртвая точка — место, где воздействие поля на проводник с током равно нулю. Чтобы движение продолжилось, нужно добавить ещё хотя бы одну рамку и обеспечить переключение направление тока в рамке в нужный момент. На обучающем видео внизу страницы хорошо виден этот процесс.

Современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полясами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе. Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

Таким образом, обмотка якоря передаёт вращающий момент на вал электромотора, а тот в свою очередь приводит в движение рабочие механизмы любого оборудования, такого как, например, станок для сетки рабицы. Хотя в этом случае используется асинхронный двигатель переменного тока, основной принцип его работы идентичен принципу действия двигателя постоянного тока – это выталкивание проводника с током из магнитного поля. Только у асинхронного электромотора вращающееся магнитное поле, а у электродвигателя постоянного тока – поле статичное.

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.

Индуктор (статор) электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянноготока.

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусомэлектродвигателя.

Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка дегтя во всей этой вкусняшке — коллектор.

Это сложный, дорогой и очень ненадежный узел. Он искрит, создает помехи, забивается проводящей пылью от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо.

Но что такое коллектор вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины.

Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щетки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса.

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не изменилось.

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов. При больших токах, в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего, искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.Конструкция двигателя может иметь один или несколько щеточно-коллекторных узлов.

А на дворе то уже 21 век и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения ротора, чтобы знать в какой момент переключать обмотки.

А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо проще вращать магнит или простенькую обмотку возбуждения, чем якорь со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.

И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями. Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они ОЧЕНЬ схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления. Но это уже совсем другая история. ВОТ ТУТ можно прочитать про него подробнее.

Продолжая тему двигателя постоянного тока нужно отметить, что принцип действия электродвигателя основывается на инвертировании постоянного тока в якорной цепи, чтобы не было торможения, и вращение ротора поддерживалось в постоянном ритме. Если изменить направление тока в возбуждающей обмотке статора, то, согласно правилу левой руки, изменится направление вращения ротора. То же самое произойдёт, если мы поменяем местами щёточные контакты, подводящие питание от источника к якорной обмотке. А вот если поменять «+» «-» и там и там, то направление вращения вала не изменится. Поэтому, в принципе, для питания такого мотора можно использовать и переменный ток, т.к. ток в индукторе и якоре будет меняться одновременно. На практике такие устройства используются редко.

Думаю многие из вас кто баловался с движками могли заметить, что у них есть ярко выраженный пусковой ток, когда мотор на старте может рвануть стрелку амперметра, например, до ампера, а после разгона ток падает до каких-нибудь 200мА.

Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки. Так что предельный ток который может развить движок и на который следует рассчитывать схему узнать несложно. Достаточно замерить сопротивление обмотки двигателя и поделить на это значение напряжение питания. Просто по закону Ома. Это и будет максимальный ток, пусковой.

Но по мере разгона начинается забавная вещь, обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость.

А если движок дополнительно еще подкручивать по ходу, то противоэдс будет выше питания и движок начнет вкачивать энергию в систему, став генератором.

Что касается электрической схемы включения двигателя, то их несколько и они показаны на рисунке. При параллельном соединении обмоток, обмотка якоря делается из большого количества витков тонкой проволоки. При таком подключении коммутируемый коллектором ток будет значительно меньше из-за большого сопротивления и пластины не будут сильно искрить и выгорать. Если делать последовательное соединение обмоток индуктора и якоря, то обмотка индуктора делается из провода большего диаметра с меньшим количеством витков, т.к. весь якорный ток устремляется через статорную обмотку. При таких манипуляциях с пропорциональным изменением значений тока и количества витков, намагничивающая сила остаётся постоянной, а качественные характеристики устройства становятся лучше.

На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления.

В настоящее время двигатели постоянного тока независимого возбуждения, управляемые тиристорными преобразователями, используются в промышленных электроприводах.’Эти при­воды обеспечивают регулирование скорости в широком диапазо­не. Регулирование скорости вниз от номинальной осуществляется изменением напряжения на якоре, а вверх — ослаблением потока возбуждения. Ограничения, по мощности и скорости обусловлены свойствами используемых двигателей, а не полупроводниковых приборов. Тиристоры могут соединяться последовательно или па­раллельно, если они имеют недостаточно высокий. класс по напря­жению или току. Ток якоря и момент ограничены перегрузочной способностью двигателя по нагреву.

Принцип работы:

Сборка двигателя постоянного тока ПО ДЕТАЛЯМ:

Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz.ru/?p=32677

СО-сообщества «2Академия», «Марсианский трактор», «Мир Полдня», «Школа Полдня», «ЗОНА СИНГУЛЯРНОСТИ».

Принцип работы двигателя постоянного тока

Здравствуйте, друзья, мы делаем серию блогов о двигателях постоянного тока. В этом первом блоге мы говорим о принципе работы двигателя постоянного тока, как они работают? Также мы поговорим о конструкции двигателя постоянного тока.

Что такое двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока — это двигатель, преобразующий постоянный ток в механическую работу. Он работает по принципу закона Лоренца, который гласит, что «проводник с током, помещенный в магнитное и электрическое поле, испытывает силу».И эта сила — сила Лоренца.

Типы двигателей постоянного тока

Существует 4 основных типа двигателей постоянного тока:

Двигатель постоянного тока серии
• Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
• Шунтирующий / параллельный двигатель постоянного тока
• Комбинированные двигатели постоянного тока

ДОЛЖЕН ПРОЧИТАТЬСЯ НА ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Конструкция двигателя постоянного тока

Прежде чем понять принцип работы двигателей постоянного тока, мы должны узнать об их конструкции.Есть две основные части двигателя постоянного тока.

Вращающаяся часть — это якорь, а Статор — их неподвижная часть. Катушка якоря подключена к источнику постоянного тока.

Катушка якоря состоит из коммутаторов и щеток. Коммутатор преобразует индукцию переменного тока в якоре в постоянный ток, а щетки передают ток от вращающейся части двигателя к неподвижной внешней нагрузке. Якорь располагается между северным и южным полюсами постоянного или электромагнита.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда проводник с током попадает в магнитное поле, он испытывает механическую силу.

Правило левой руки Флеминга и его величина определяют направление этой силы.

Правило левой руки Флеминга :

Если мы растянем первый, второй и большой пальцы левой руки, чтобы они были перпендикулярны друг другу, и первый палец представляет направление магнитного поля, второй палец представляет направление тока, тогда большой палец представляет направление силы, действующей на проводник с током.

F = BIL ньютонов

Где,

B = плотность магнитного потока,

I = ток и

L = длина проводника в магнитном поле.

Когда обмотка якоря подключена к источнику постоянного тока, в обмотке возникает электрический ток. Постоянные магниты или обмотка возбуждения (электромагнетизм) создают магнитное поле. В этом случае проводники якоря с током испытывают действие магнитного поля в соответствии с принципом, изложенным выше.

Коммутатор сделан сегментированным для достижения однонаправленного крутящего момента. В противном случае направление силы менялось бы каждый раз, когда направление движения проводника менялось на противоположное в магнитном поле. Вот как работает двигатель постоянного тока!

Обратная ЭДС двигателя постоянного тока

Согласно основному закону природы, преобразование энергии невозможно, пока не появится что-то, что препятствует преобразованию. В случае генераторов магнитное сопротивление обеспечивает это противодействие, но в случае двигателей постоянного тока возникает обратная ЭДС.Наличие обратной ЭДС делает двигатель постоянного тока «саморегулирующимся».

Когда якорь двигателя вращается, проводники также разрезают линии магнитного потока и, следовательно, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводниках якоря индуцируется ЭДС.

Направление этой наведенной ЭДС таково, что она противодействует току якоря (I _a ). На схеме ниже показано направление обратной ЭДС и тока якоря.

Значение обратной ЭДС

Величина обратной ЭДС прямо пропорциональна скорости двигателя.Представьте, что нагрузка на двигатель постоянного тока внезапно уменьшилась. В этом случае требуемый крутящий момент будет мал по сравнению с текущим крутящим моментом. Скорость двигателя начнет увеличиваться из-за превышения крутящего момента. Следовательно, величина обратной ЭДС пропорциональна скорости. С увеличением обратной ЭДС ток якоря начнет уменьшаться. Поскольку крутящий момент пропорционален току якоря, он также будет уменьшаться, пока не станет достаточным для нагрузки. Таким образом, скорость мотора будет регулироваться.

С другой стороны, если двигатель постоянного тока внезапно нагружается, эта нагрузка вызовет снижение скорости. Из-за уменьшения скорости уменьшается и обратная ЭДС, что позволяет увеличить ток якоря. Из-за увеличения тока якоря крутящий момент будет увеличиваться для удовлетворения требований нагрузки.

Надеюсь, эта статья поможет вам понять принцип работы двигателя постоянного тока.

Мы в Robu.in надеемся, что вам было интересно, и что вы вернетесь к другим нашим образовательным блогам.

Как работает двигатель постоянного тока?

Теоретически одна и та же машина постоянного тока может использоваться в качестве двигателя или генератора. Следовательно, конструкция двигателя постоянного тока такая же, как и у генератора постоянного тока.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Электродвигатель — это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной принцип работы двигателя постоянного тока : « всякий раз, когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, он испытывает механическую силу». Направление этой силы задается правилом левой руки Флеминга, а ее величина определяется как F = BIL. Где B = плотность магнитного потока, I = ток и L = длина проводника в магнитном поле.

Правило левой руки Флеминга : Если мы протянем первый, второй и большой пальцы левой руки перпендикулярно друг другу, а направление магнитного поля будет представлено первым пальцем, направление тока будет представлено как второй палец, затем большой палец представляет направление силы, действующей на проводник с током.

Анимация: Работа двигателя постоянного тока (кредит: Lookang)

Анимация, приведенная выше, помогает понять принцип работы двигателя постоянного тока . Когда обмотки якоря подключены к источнику постоянного тока, в обмотке возникает электрический ток. Магнитное поле может создаваться обмоткой возбуждения (электромагнетизм) или постоянными магнитами. В этом случае проводники якоря с током испытывают действие магнитного поля в соответствии с принципом, изложенным выше.

Коммутатор

выполнен сегментированным для достижения однонаправленного крутящего момента. В противном случае направление силы менялось бы каждый раз, когда направление движения проводника менялось на противоположное в магнитном поле. Так работает двигатель постоянного тока !

Задняя ЭДС

Согласно фундаментальным законам природы, преобразование энергии невозможно, пока не появится что-то, что препятствует преобразованию. В случае генераторов это противодействие обеспечивается магнитным сопротивлением, а в случае двигателей постоянного тока — противоэдс .

Когда якорь двигателя вращается, проводники также разрезают линии магнитного потока и, следовательно, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводниках якоря индуцируется ЭДС. Направление этой наведенной ЭДС таково, что она противодействует току якоря (I _a ). На схеме ниже показано направление обратной ЭДС и тока якоря . Величина обратной ЭДС может быть задана уравнением ЭДС генератора постоянного тока.

Значение обратной ЭДС:

Величина обратной ЭДС прямо пропорциональна скорости двигателя. Представьте, что нагрузка на двигатель постоянного тока внезапно уменьшилась. В этом случае требуемый крутящий момент будет мал по сравнению с текущим крутящим моментом. Скорость двигателя начнет увеличиваться из-за превышения крутящего момента. Следовательно, величина обратной ЭДС пропорциональна скорости. С увеличением обратной ЭДС ток якоря начнет уменьшаться. Поскольку крутящий момент пропорционален току якоря, он также будет уменьшаться, пока не станет достаточным для нагрузки.Таким образом, скорость мотора будет регулироваться.

С другой стороны, если двигатель постоянного тока внезапно нагружается, эта нагрузка вызовет снижение скорости. Из-за уменьшения скорости обратная ЭДС также уменьшится, что приведет к увеличению тока якоря. Повышенный ток якоря увеличит крутящий момент, чтобы удовлетворить требованиям нагрузки. Следовательно, наличие обратной ЭДС делает двигатель постоянного тока «саморегулирующимся» .

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока обычно классифицируются в зависимости от конфигурации возбуждения:

• С отдельным возбуждением (обмотка возбуждения питается от внешнего источника)
• Самовозбуждение —
• Последовательная обмотка (обмотка возбуждения включена последовательно с якорем)
• Шунтирующая обмотка (обмотка возбуждения включена параллельно якорю)
• Сложная рана —

См. Схему классификации машин постоянного тока здесь.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это устройство, преобразующее постоянный ток в механическую работу. Он работает по принципу закона Лоренца, который гласит, что « проводник с током, помещенный в магнитное и электрическое поле, испытывает силу ». Опытная сила называется силой Лоренца. Правило левой руки Флемминга определяет направление силы.

Правило левой руки Флеминга

Если большой, средний и указательный пальцы левой руки смещены друг относительно друга на угол 90 °, средний палец представляет направление магнитного поля.Указательный палец показывает направление тока, а большой палец показывает направление сил, действующих на проводник.

Формула рассчитывает величину силы,

Прежде чем понять принцип работы двигателя постоянного тока, мы должны сначала узнать о его конструкции. Якорь и статор — две основные части двигателя постоянного тока. Якорь — это вращающаяся часть, а статор — их неподвижная часть. Катушка якоря подключена к источнику постоянного тока.

Катушка якоря состоит из коммутаторов и щеток. Коммутаторы преобразуют переменный ток, индуцированный в якоре, в постоянный, а щетки передают ток от вращающейся части двигателя к неподвижной внешней нагрузке. Якорь размещается между северным и южным полюсами постоянного или электромагнита.

Для простоты предположим, что якорь имеет только одну катушку, которая расположена между магнитным полем, показанным ниже на рисунке A.Когда на катушку якоря подается постоянный ток, через нее начинает течь ток. Этот ток создает вокруг катушки собственное поле.

На рисунке B показано поле, индуцируемое вокруг катушки:

В результате взаимодействия полей (создаваемых катушкой и магнитом) результирующее поле возникает поперек проводника. Результирующее поле стремится вернуться в исходное положение, то есть на оси основного поля. Поле оказывает силу на концах проводника, и, таким образом, катушка начинает вращаться.

Пусть поле, создаваемое основным полем, будет F _m , и это поле вращается по часовой стрелке. Когда в катушке течет ток, они создают собственное магнитное поле, скажем, F _r . Поле F _r пытается приблизиться к основному полю. Тем самым крутящий момент действует на катушку якоря.

Настоящий двигатель постоянного тока состоит из большого количества катушек якоря. Скорость двигателя прямо пропорциональна количеству катушек, используемых в двигателе. Эти катушки удерживаются под воздействием магнитного поля.

Один конец проводов находится под влиянием северного полюса, а другой конец — под влиянием южного полюса. Ток входит в катушку якоря через северный полюс и движется наружу через южный полюс.

Когда катушка перемещается от одной щетки к другой, одновременно меняется и полярность катушки. Таким образом, направление силы или крутящего момента, действующего на катушку, остается неизменным.

Вращающий момент, создаваемый в катушке, становится нулевым, когда катушка якоря перпендикулярна основному полю. Нулевой крутящий момент означает, что двигатель перестает вращаться. Для решения этой проблемы в роторе используется номер обмотки якоря. Таким образом, если одна из их катушек перпендикулярна полю, то другие катушки создают крутящий момент. И ротор движется непрерывно.

Кроме того, для получения постоянного крутящего момента устройство выдерживается таким образом, что всякий раз, когда катушки пересекают магнитную нейтральную ось магнита, направление тока в катушках становится обратным.Это можно сделать с помощью коммутатора.

Принцип работы двигателя постоянного тока

, конструкция и пояснение к схемам

Очень важно знать принцип работы и конструкцию двигателя постоянного тока, чтобы освоить основы двигателей постоянного тока. Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Входная электрическая энергия поступает от аккумуляторных батарей, солнечных элементов и т. Д. Генерируемая механическая энергия в дальнейшем используется для вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, колес и т. Д.

Как правило, двигатели переменного тока широко используются в промышленности. Но когда дело доходит до высокого пускового момента или эффективного управления скоростью, двигатели постоянного тока являются оптимальным выбором. Они используются в алюминиевых прокатных станах, электрических лифтах, железнодорожных локомотивах и крупном землеройном оборудовании.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что проводник с током испытывает механическую силу, когда помещается в магнитное поле. Это известно как сила Лоренца.И направление этой силы задает ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ ФЛЕМИНГА.

Принцип работы двигателя постоянного тока

аналогичен принципу работы генератора постоянного тока.

ПРАВИЛО ДЛЯ ЛЕВОЙ РУКИ ФЛЕМИНГА

Если растянуть указательный, средний и большой пальцы левой руки перпендикулярно друг другу. Если указательный палец указывает направление магнитного поля, средний палец указывает направление тока через проводник, то большой палец указывает направление силы, действующей на проводник.

Правило левой руки Флеминга

** Читайте также: Принцип работы двигателя переменного тока

КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ постоянного тока

Все машины постоянного тока в основном состоят из двух частей. Один — это статор , а другой — Ротор . Статор — это неподвижная часть, которая включает ярмо, полюс, обмотку полюса и промежуточные полюса. Статор создает магнитный поток.

Ротор машины постоянного тока состоит из коллектора, щеток, компенсационной обмотки и вала.Он вращается во внешнем магнитном потоке (создаваемом статором), когда в нем протекает ток.

Конструкция двигателя постоянного тока

ЧАСТИ СТАТОРА: —

ХОМУТ:

Ярмо или внешняя рама обеспечивает защиту двигателя постоянного тока. Он изготовлен из литой стали для больших двигателей постоянного тока. И из чугуна для малых двигателей постоянного тока. Ярмо используется в машине постоянного тока, потому что:

A) Обеспечивает механическую поддержку полюсов.

B) Действует как защитное покрытие от механических повреждений.

C) И обеспечивает проход для магнитного потока, создаваемого полюсами машины.

Ярмо

СЕРДЕЧНИК И ОБУВЬ ПОЛЮСА:

Как полюсный сердечник, так и полюсные наконечники изготовлены из литой стали. Но полюсные башмаки ламинированные, так как они расположены близко к арматуре.

Если нагрузка изменяется во время работы двигателя постоянного тока, изменяется ток якоря. В результате меняется и магнитный поток. Этот поток связывает полюсный башмак и вызывает протекание вихревого тока .А чтобы свести к минимуму эти вихревые токи, полюсные наконечники ламинированы.

Основное назначение полюсного башмака — распределение магнитного потока и уменьшение магнитного сопротивления магнитного пути. В то время как полюсный сердечник возбуждается обмоткой возбуждения и используется для их поддержки.

Опорный сердечник и полюсный башмак

ПОЛЮСНАЯ НАМОТКА ИЛИ ПОЛЕВЫЕ КАТУШКИ

Обмотка полюса и катушки возбуждения состоят из медного провода, размещенного вокруг сердечника полюса. Когда ток проходит через эти катушки, они намагничивают полюс, который создает магнитный поток.Этот поток проходит через ротор и создает вращающий момент, как только ток начинает течь в якоре ротора.

Обмотка возбуждения на полюсах

ЧАСТИ РОТОРА: —

ЯДЕР АРМАТУРЫ

Сердечник якоря — это вращающаяся часть машины постоянного / переменного тока. Он изготовлен из кремнистой стали . Цилиндрическая конструкция имеет многослойную структуру для уменьшения потерь на вихревые токи. Его основная цель — обеспечить путь магнитному потоку с низким сопротивлением. И для размещения проводников арматуры.

АРМАТУРА ОБМОТКА

Обмотка якоря состоит из катушек, встроенных в пазы сердечника якоря. Эти катушки выложены рядом друг с другом из прочного изоляционного материала. Изоляционный материал предотвращает короткое замыкание двух соседних катушек.

В то время как изоляция паза наматывается на провод якоря и прочно закрепляется деревянными или фибровыми клиньями. Проще говоря, это расположение проводников с током, которые создают ЭДС в машине из-за относительного движения между обмотками и основным полем.

Обмотка якоря

КОММУТАТОР

Коммутатор содержит жестко вытянутые медные сегменты клиновидной формы, образующие цилиндрическую конструкцию. Тонкий лист высококачественной слюды изолирует сегменты друг от друга.

Коммутатор периодически меняет направление тока между ротором и внешней цепью. Следовательно, он действует как переключатель, вызывающий однонаправленный крутящий момент в двигателе постоянного тока.

Коммутатор Кольцо

ЩЕТКИ

Щетки обычно изготавливаются из угольных блоков прямоугольной формы, помещенных в щеткодержатели.Функция щеток в двигателях постоянного тока заключается в подаче тока на коммутатор от внешнего источника постоянного тока.

В то время как функция щеток в генераторе постоянного тока состоит в том, чтобы собирать ток от коммутатора и подавать его во внешнюю цепь нагрузки.

Пара угольных щеток

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Принцип работы двигателя постоянного тока требует наличия магнитного потока и токоведущего проводника. Рассмотрим катушку, пропускающую постоянный ток через коммутатор и щетки.Эти сегменты коммутатора свободно вращаются вокруг своей оси.

Работа двигателя постоянного тока

Сегмент коммутатора, который соприкасается с левой щеткой, получает положительную полярность, а правый — отрицательную. Это приводит к протеканию тока в катушке.

Применяя правило левой руки Флеминга, проводник на левой стороне всегда испытывает силу, направленную вверх, в то время как проводник на правой стороне испытывает силу, направленную вниз. Следовательно, в двигателях постоянного тока достигается однонаправленный крутящий момент.

ЗАДНЯЯ ЭДС

Взаимодействие проводника с током с изменяющимся магнитным полем, создаваемым обмоткой возбуждения, вызывает в проводнике ЭДС. Эта ЭДС действует в направлении, противоположном приложенному напряжению. Эта индуцированная ЭДС в двигателе известна как ОБРАТНАЯ ЭДС.

---

Некоторые простые проекты двигателей постоянного тока:

1. Как сделать идеальный регулятор скорости двигателя постоянного тока
2. Управление скоростью двигателя постоянного тока от света с помощью LDR с Arduino
3. Управление двигателем постоянного тока с использованием Arduino с LABVIEW

Двигатель постоянного тока

— обзор

1.1.2.2 Двигатель переменного тока

В отличие от двигателей постоянного тока, которые вращаются за счет силы между двумя стационарными магнитными полями, двигатели переменного тока используют силу между двумя вращающимися магнитными полями . В двигателях переменного тока вращаются и магнитное поле статора, и магнитное поле ротора, как показано на рис. 1.6.

Рисунок 1.6. Принцип работы электродвигателя переменного тока.

Как будет более подробно описано в главе 3, эти два магнитных поля всегда вращаются с одинаковой скоростью и, таким образом, неподвижны относительно друг друга и сохраняют определенный угол.В результате между ними создается постоянная сила, заставляющая двигатель переменного тока работать непрерывно. Принцип работы двигателя переменного тока заключается в том, что сила, создаваемая взаимодействием двух вращающихся магнитных полей, заставляет ротор вращаться.

В двигателях переменного тока вращающееся магнитное поле на статоре создается трехфазными токами. Когда трехфазный источник питания переменного тока подается на трехфазные обмотки статора двигателя переменного тока, трехфазные токи, протекающие в этих обмотках, создают вращающееся магнитное поле.Мы рассмотрим вращающееся магнитное поле более подробно в главе 3.

Есть два типа двигателей переменного тока: синхронный двигатель и асинхронный двигатель . Они по-разному генерируют магнитное поле ротора, в то время как магнитное поле статора генерируют одинаково. В синхронном двигателе, показанном на рис. 1.2B, магнитное поле на роторе создается либо постоянным магнитом, либо обмоткой возбуждения, питаемой от источника постоянного тока, отделенного от источника переменного тока статора.В этом двигателе магнитное поле ротора неподвижно относительно ротора. Следовательно, для создания крутящего момента ротор должен вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле статора. Эта скорость называется синхронной скоростью . Вот почему этот двигатель называется синхронным двигателем .

С другой стороны, в асинхронном двигателе, показанном на рис. 1.2C, магнитное поле ротора генерируется мощностью переменного тока. Мощность переменного тока, используемая для возбуждения ротора, передается от статора за счет электромагнитной индукции.Из-за этой важной особенности этот двигатель упоминается как асинхронный двигатель . В асинхронном двигателе магнитное поле ротора вращается относительно ротора с некоторой скоростью. Для создания крутящего момента вращающиеся магнитные поля статора и ротора должны вращаться с одинаковой скоростью. Для этого необходимо, чтобы сам ротор вращался с разницей скоростей между вращающимися магнитными полями статора и ротора. Точнее, вращающееся магнитное поле ротора вращается с разностью скоростей между вращающимся магнитным полем статора и ротором.Чтобы использовать возбуждение ротора электромагнитной индукцией, скорость ротора всегда должна быть меньше синхронной скорости. Таким образом, асинхронный двигатель также называется асинхронным двигателем .

Среди двигателей двигатели постоянного тока в основном используются для управления скоростью и крутящим моментом из-за своей простоты. Их простота заключается в том, что скорость двигателя постоянного тока пропорциональна напряжению, а его крутящий момент пропорционален току. Однако, поскольку электродвигатели постоянного тока требуют периодического технического обслуживания щеток и коммутаторов, в последнее время наблюдается тенденция к использованию необслуживаемых электродвигателей переменного тока, поскольку они могут предложить высокую производительность по разумной цене.

Как упоминалось ранее, электродвигатели могут работать по основному принципу, заключающемуся в том, что крутящий момент, создаваемый взаимодействием между магнитными полями, создаваемыми в статоре и роторе, заставляет двигатель работать. Теперь мы рассмотрим требования, обеспечивающие непрерывную выработку крутящего момента двигателем.

Двигатели постоянного тока — принципы работы

В любом электродвигателе работа основана на простом электромагнетизм.Токопроводящий проводник создает магнитное поле; когда это затем помещенный во внешнее магнитное поле, он будет испытать силу, пропорциональную току в проводнике и прочности внешнее магнитное поле. Как вам хорошо известно от игры с магнитами в детстве, напротив (Север и юг) полярности притягиваются, в то время как полярности (север и север, юг и юг) отталкивать.Внутренняя конфигурация DC двигатель предназначен для использования магнитного взаимодействие между токонесущими проводник и внешнее магнитное поле к генерировать вращательное движение. Начнем с простого 2-полюсного ОКРУГ КОЛУМБИЯ электродвигатель (здесь красный обозначает магнит или обмотка с «северной» поляризацией, зеленая представляет собой магнит или обмотку с «югом» поляризация). Каждый DC Двигатель состоит из шести основных частей — оси, ротора (он же, якорь), статор, коммутатор, полевой магнит (ы) и кисти. В наиболее распространенных двигателях постоянного тока (и все такое Лучи увидим), внешнее магнитное поле создается на высокопрочных постоянных магнитах 1 .В статор — это неподвижная часть двигателя — это включает корпус двигателя, а также два и более полюсные наконечники с постоянными магнитами. Ротор (вместе с осью и присоединенным коммутатором) вращаются с относительно статора. Ротор состоит из обмоток (обычно на сердечнике), причем обмотки электрически подключен к коммутатору.Над На схеме показана общая компоновка двигателя — с ротор внутри статорных (полевых) магнитов. Геометрия щеток коллектора контакты, а обмотки ротора таковы, что при подаче питания полярность обмотка под напряжением и статор магнит (ы) смещены, а ротор будет вращаться, пока не будет почти выровнен с полевыми магнитами статора.Как ротор достигает выравнивания, щетки перемещаются к следующим контактам коммутатора, и запитать следующую обмотку. Учитывая наши пример двухполюсного двигателя, вращение меняет направление тока через обмотку ротора, приводя к «переворот» магнитного поля ротора, ведя его, чтобы продолжить вращение. Но в реальной жизни DC двигателей всегда будет больше двух полюса (три — очень распространенное число). В в частности, это позволяет избежать «мертвых зон» в коммутатор. Вы можете себе представить, как с в нашем примере двухполюсный двигатель, если ротор находится точно в середине своего вращения (идеально совмещен с полем магниты), он там «застрянет».Между тем, с двухполюсным двигателем есть момент, когда коммутатор закорачивает источник питания (т.е. обе щетки соприкасаются оба контакта коммутатора одновременно). Это плохо скажется на блоке питания, тратить энергию и повредить компоненты двигателя также. Еще один недостаток такого простой двигатель в том, что он будет показывать высокий крутящий момент «рябь» (величина крутящего момента он может производить циклично с положение ротора). Итак, поскольку самый маленький DC двигатели трехполюсные, давайте поработаем с работой одного через интерактивный анимация (требуется JavaScript): Вы заметите несколько вещей из этого, а именно: один полюс полностью запитан за раз (но два другие «частично» находятся под напряжением).Как каждая кисть переходы от одного контакта коммутатора к затем поле одной катушки быстро схлопнется, так как поле следующей катушки будет быстро заряжаться (это происходит в течение нескольких микросекунд). Мы увидим больше о последствиях этого позже, но в Между тем вы видите, что это прямой результат последовательной разводки обмоток катушки: Наверное, нет лучшего способа увидеть как средний DC двигатель собран, чем просто открытие одного.К сожалению, это утомительная работа, а также требующая разрушение совершенно хорошего мотора. К счастью для вас, я пошел вперед и сделал это вместо вас. Кишки мотор Mabuchi FF-030-PN в разобранном виде ( тем же модель, которую Solarbotics продает) доступны для просмотра здесь (на миллиметровой бумаге 10 линий / см).Это основной 3-полюсный DC мотор, с 2-мя щетками и 3-мя коллектором контакты. Использование якоря с железным сердечником (как в Мабучи, см. Выше) довольно часто встречается и имеет номер преимуществ 2 . Во-первых, железный сердечник обеспечивает прочную жесткую опору обмоток — особенно важное соображение для тяговитый моторы.Сердечник также отводит тепло от обмотки ротора, позволяющие приводить в действие двигатель сложнее, чем могло бы быть в противном случае. Железное ядро строительство также относительно недорогое по сравнению с другими типами строительства. Но конструкция с железным сердечником также имеет несколько недостатки. Железная арматура имеет относительно высокая инерция, ограничивающая ускорение двигателя.Этот конструкция также приводит к высокой индуктивности обмоток которые ограничивают срок службы щеток и коммутатора. В небольших двигателях часто используется альтернативная конструкция. с обмоткой якоря без сердечника. Эта конструкция зависит от самого провода катушки для целостность конструкции. В результате арматура полый, и постоянный магнит может быть установлен внутри катушки ротора.Без сердечника DC двигатели имеют гораздо меньшую индуктивность якоря чем двигатели с железным сердечником сопоставимого размера, увеличивая щеточная и коммутаторная жизнь. Диаграмма любезно предоставлена MicroMo Конструкция без сердечника также позволяет производителям строить двигатели меньшего размера; Между тем, из-за отсутствия железо в роторах, двигатели без сердечника в некоторой степени склонны к перегреву.В результате этот дизайн обычно используется только в небольших двигателях малой мощности. Лучи чаще всего будет видеть DC без ядра моторы в виде моторов пейджера. Опять разбираем двигатель без сердечника может быть поучительным — в данном случае мой несчастной жертвой оказался дешевый пейджер-вибратор мотор.Внутренности этого мотора в разобранном виде доступны для просмотра здесь (на миллиметровой бумаге 10 линий / см). Это (точнее, было ) 3-х полюсный двигатель постоянного тока без сердечника. Я выпотрошу их, чтобы у тебя не было до … Чтобы получить лучшее от DC моторы в BEAMbots, нам нужно поближе взглянуть на DC двигательное поведение — как очевидное, так и неявное. Примечания: 1. Другое (как правило, очень большой или довольно старый) DC двигатели используют обмотки для производства внешнее поле. Используя постоянные магниты, современный DC двигатели более эффективны, имеют уменьшение внутреннего нагрева и меньшее использование власть. 2. Следующие 3 абзаца довольно свободно заимствовать материал по ряду страниц MicroMo Веб-сайт. Это отличный сайт и более подробно и выходы из конструкции двигателя без сердечника и представление. Особое внимание следует уделить на свои страницы на Motor Строительство и на развитие электродвижущей силы .

Принципы работы электродвигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока (DC) — одна из первых машин, предназначенных для преобразования электроэнергии в механическую. Постоянный магнит (ПМ) постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую за счет взаимодействия двух магнитных полей. Одно поле создается узлом постоянного магнита, другое поле создается электрическим током, протекающим в обмотках двигателя.Эти два поля приводят к крутящему моменту, который стремится вращать ротор. Когда ротор вращается, ток в обмотках коммутируется, чтобы обеспечить постоянный выходной крутящий момент. Стационарное электромагнитное поле двигателя также может быть намотано проволокой, как якорь (так называемый двигатель с возбужденным полем), или может состоять из постоянных магнитов (называемых постоянным магнитом. мотор). Коммутатор любого типа (с возбужденным полем или с постоянным магнитом). действует как половина механического переключателя и вращается вместе с якорем.Коммутатор состоит из токопроводящих сегментов (называемых стержнями), обычно сделанных из меди, которые представляют собой окончание отдельных катушек провода, распределенных вокруг якоря. Вторая половина механического переключателя комплектуется щетками. Эти щетки обычно остаются неподвижными с корпусом двигателя, но движутся (или кисть) на вращающемся коммутаторе. Когда электрическая энергия проходит через щетки и, следовательно, через якорь, возникает скручивающая сила как реакция между полем двигателя и якорем, вызывающая вращение якоря двигателя.Когда якорь вращается, щетки переключаются на соседние стержни на коммутаторе. Это переключающее действие передает электрическую энергию соседней обмотке якоря, которая, в свою очередь, поддерживает крутильное движение якоря. Двигатели с постоянными магнитами (PM), вероятно, являются наиболее часто используемыми двигателями постоянного тока, но есть также некоторые другие типы двигателей постоянного тока (типы, в которых также используются катушки для создания постоянного магнитного поля). Двигатели постоянного тока работают от источника постоянного тока. Движение магнитного поля достигается переключением тока между катушками внутри двигателя.Это действие называется «коммутацией». Очень многие двигатели постоянного тока (щеточного типа) имеют встроенную коммутацию, что означает, что при вращении двигателя механические щетки автоматически коммутируют катушки на роторе. Вы можете использовать щеточные двигатели постоянного тока в самых разных областях. Простой двигатель постоянного тока с постоянными магнитами является важным элементом в различных продуктах, таких как игрушки, сервомеханизмы, приводы клапанов, роботы и автомобильная электроника. Есть несколько типичных преимуществ двигателя с постоянными магнитами. По сравнению с двигателями переменного тока или двигателя постоянного тока с возбуждением от возбуждения, двигатели с постоянными магнитами обычно физически меньше по габаритам и легче при заданной номинальной мощности.Кроме того, поскольку поле двигателя, создаваемое постоянным магнитом, постоянно, соотношение между крутящим моментом и скоростью очень линейно. Двигатель с постоянными магнитами может обеспечивать относительно высокий крутящий момент на низких скоростях, а поле с постоянными магнитами обеспечивает некоторое внутреннее самоторможение при отключении питания двигателя. Есть несколько недостатков, в основном это большой ток во время останова и во время мгновенного реверсирования. Это может повредить некоторые двигатели или создать проблемы для схемы управления.Кроме того, некоторые материалы магнита могут быть повреждены при воздействии чрезмерного тепла и некоторой ослабленной напряженности поля, если двигатель разбирается. Для массовых предметов повседневного обихода, таких как ручные дрели и кухонная техника, используется серводвигатель постоянного тока, известный как универсальный двигатель. Эти универсальные двигатели представляют собой двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой, в которых неподвижная и вращающаяся катушки представляют собой последовательно соединенные провода. Эти двигатели могут работать как от переменного, так и от постоянного тока. Одним из недостатков / мер предосторожности, связанных с двигателями постоянного тока с последовательной обмоткой, является то, что если они разгружены, единственное, что ограничивает их скорость, — это потери на ветер и трение.Некоторые могут буквально разорвать сами по себе, если запустить без нагрузки. Бесщеточный двигатель работает так же, как и традиционный щеточный двигатель. Однако, как следует из названия, щеток (и коммутатора) нет. Функция механического переключения, реализуемая комбинацией щетки и коммутатора в щеточном двигателе, заменена электронным переключением в бесщеточном двигателе. В типичном бесщеточном двигателе электромагнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, является вращающимся элементом двигателя и называется ротором.Вращающийся Магнитное поле создается несколькими электромагнитами, коммутируемыми с электронными переключателями (обычно транзисторами или полевыми транзисторами) в правильном порядке при правильной скорости. В бесщеточном двигателе хитрость заключается в том, чтобы узнать, когда переключить электрическую энергию в обмотках, чтобы сохранить вращательное движение. Обычно это достигается в бесщеточном двигателе с помощью некоторых средств обратной связи, предназначенных для индикации положения полюсов магнита на роторе относительно обмоток.А Устройство на эффекте Холла (HED) является широко используемым средством для обеспечения этой позиционной обратной связи. В некоторых приложениях бесщеточные двигатели коммутируются без датчиков или с использованием энкодера для обратной связи по положению. Бесщеточный двигатель часто используется, когда требуются высокая надежность, длительный срок службы и высокие скорости. Подшипники в бесщеточном двигателе обычно становятся единственными изнашиваемыми деталями. В приложениях, где требуются высокие скорости (обычно выше 30000 об / мин), бесщеточный двигатель считается лучший выбор (поскольку с увеличением скорости двигателя увеличивается износ щеток традиционных двигателей).Управление коммутацией бесщеточного двигателя может быть легко отделено и интегрировано в другую необходимую электронику, тем самым улучшая эффективное соотношение мощности к весу и / или мощности к объему. Бесщеточный двигатель (двигатель и контроллер коммутации) обычно будет стоить больше, чем щеточный, но стоимость часто может быть компенсирована другими преимуществами. Например, в приложениях, где требуется сложный контроль работы двигателя. В настоящее время бесщеточные двигатели используются во многих компьютерных приложениях, например, они вращают обычные вентиляторы ПК, жесткие диски и дисководы. Иногда необходимо изменить направление вращения. В обычных двигателях с постоянными магнитами это вращение изменяется путем изменения полярности рабочей мощности (например, путем переключения с отрицательного источника питания на положительный или путем смены клемм питания, идущих к источнику питания). Это изменение направления обычно реализуется с помощью реле или схемы, называемой H-мостом. Есть некоторые типичные характеристики щеточных двигателей постоянного тока. Когда двигатель постоянного тока подключен напрямую к батарее (без контроллера), он потребляет большой импульсный ток при подключении.Бросок вызван тем, что двигатель, когда он вращается, действует как генератор. Генерируемое напряжение прямо пропорционально скорости двигателя. Ток через двигатель регулируется разницей между напряжением аккумулятора и генерируемым двигателем напряжением (иначе называемым обратной ЭДС). Когда двигатель впервые подключается к аккумуляторной батарее (без регулятор скорости мотора) обратной ЭДС нет. Таким образом, ток регулируется только напряжением батареи, сопротивлением двигателя (и индуктивностью) и проводами батареи.Таким образом, без обратной ЭДС двигатель, прежде чем он начнет вращаться, потребляет большой импульсный ток. Когда используется контроллер скорости двигателя, он изменяет напряжение, подаваемое на двигатель. Первоначально при нулевой скорости контроллер не будет подавать напряжение на двигатель, поэтому ток не течет. По мере увеличения выходного напряжения контроллера скорости двигателя, мотор начнет вращаться. Сначала напряжение, подаваемое на двигатель, небольшое, поэтому ток также невелик, и по мере увеличения напряжения контроллера скорости двигателя увеличивается и обратная ЭДС двигателя.В результате начальный выброс тока устраняется, ускорение становится плавным и полностью контролируемым. В управлении скоростью двигателя постоянного тока нет ничего нового. Самый простой способ контролировать скорость вращения двигателя постоянного тока — это управлять его управляющим напряжением. Чем выше напряжение, тем более высокую скорость пытается достичь двигатель. Во многих приложениях простое регулирование напряжения приведет к значительным потерям мощности в цепи управления, поэтому во многих приложениях управления двигателями постоянного тока используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ).В основном методе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) рабочая мощность двигателей равна включается и выключается, чтобы модулировать ток, подаваемый на двигатель. Отношение времени включения к времени выключения определяет скорость двигателя. При управлении ШИМ имейте в виду, что двигатель — это устройство с низким проходом. Причина в том, что двигатель в основном представляет собой большой индуктор. Он не способен передавать высокочастотную энергию и, следовательно, не будет хорошо работать с высокими частотами. Требуются достаточно низкие частоты, и тогда будут работать методы ШИМ.Более низкие частоты обычно лучше, чем более высокие частоты, но ШИМ перестает работать на слишком низкой частоте. Идея о том, что более низкая частота ШИМ работает лучше, просто отражает то, что цикл включения должен быть довольно широким, прежде чем двигатель будет потреблять какой-либо ток (из-за индуктивности двигателя). Более высокая частота ШИМ будет работать нормально, если вы повесите большой конденсатор на двигатель или закоротите двигатель в цикле выключения (например, мощность / тормозной импульс). Причина этого в том, что короткие импульсы не позволяют протекать большому току раньше. существование отрезать.Затем протекающий ток рассеивается в виде индуктивного удара — вероятно, в виде тепла через обратные диоды. Конденсатор интегрирует импульс и обеспечивает более длительный, но более низкий ток через двигатель после отключения драйвера. Индуктивного толчка тоже нет, так как ток не прерывается. Знание частоты спада нижних частот двигателя помогает определить оптимальную частоту для работы ШИМ. Попробуйте протестировать свой двигатель с квадратичным рабочим циклом используя переменную частоту, а затем наблюдайте за падением крутящего момента по мере увеличения частоты.Этот метод может помочь определить точку спада с точки зрения энергоэффективности. Помимо щеточных двигателей постоянного тока, существует еще один тип двигателя постоянного тока: бесщеточный двигатель постоянного тока. Бесщеточные двигатели постоянного тока используют внешний силовой привод для коммутации неподвижной медной обмотки статора. Это изменяющееся поле статора заставляет вращаться ротор с постоянным магнитом. Бесщеточный электродвигатель с постоянными магнитами является наиболее эффективным. двигатель с точки зрения крутящего момента / веса или эффективности.Бесщеточные двигатели обычно являются самым дорогим типом двигателей. Бесщеточные двигатели постоянного тока с электронной коммутацией широко используются в качестве приводов нагнетателей и вентиляторов в электронике, телекоммуникациях и промышленном оборудовании. Существует множество различных бесщеточных двигателей для различных областей применения. Некоторые из них предназначены для вращения с постоянной скоростью (те, что используются в дисковых накопителях), а скорость некоторых можно контролировать. изменяя приложенное к ним напряжение (обычно это двигатели, используемые в вентиляторах).Некоторые бесщеточные двигатели постоянного тока имеют встроенный тахометр, который выдает импульсы при вращении двигателя (это относится как к двигателям дисководов, так и к некоторым вентиляторам компьютеров). No related posts. Разное Похожие записи Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы 18.11.2024 Питание кормящей мамы: что можно есть при грудном вскармливании 17.11.2024 Лучшая зимняя обувь для детей 2 лет: выбираем комфортные и надежные модели 16.11.2024 Детская комната для новорожденного: оформление, дизайн и планировка 15.11.2024 Увлажнитель воздуха: польза и вред для здоровья, отзывы специалистов и пользователей 14.11.2024 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт +7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected] Карта сайта