Magnetväljast pöörlemiseni: artikkel, et mõista, miks alalisvoolu mootorid pöörlevad

Eelmises artiklis on meil juba esialgne arusaamMis on alalisvoolu mootor, millised osad selle põhistruktuurist koosneb, ja selle laia valiku rakendustest elus ja tööstuses. Selles artiklis selgitame põhjalikumalt "miks saab alalisvoolu mootor pöörata ja milline on selle tööpõhimõte".

 

Me juba teame, et alalisvoolu mootori pöörlemine nõuab elektrivoolu, magnetvälja ja keerulist mähise struktuuri, kuid kuidas reageerivad üksteisele ja millised füüsilised seadused võimaldavad näiliselt statsionaarsel komponendil pidevalt pöörleda?

 

Selgitame neid küsimusi ükshaaval järgmises sisus, nii et alustame.

 

 

Et tõeliselt mõista, miks DC Motors saab pöörleda, peame teadma füüsika väga põhiseadust -Ampere'i seadus.

 

Elektrimootorite aluspõhimõtted: Ampere'i jõu seadus (f=BIL)

Füüsikas on seadus, mis ütleb:

Kui vool läbib traadi ja see asub magnetväljal, tegutseb sellele magnetväli.

 

Selle jõu ulatus määratakse järgmise valemiga:

F=b × i × l × sinθ

F: jõud

B: magnetvälja tugevus

I: praegune intensiivsus

L: traadi pikkus

θ: nurk voolu ja magnetvälja suuna vahel

See jõud on see, mida me sageli nimetame "Ampere Force".

 

See pole salapärane, nagu ka siis, kui paned juhtiva mähise lähedale magneti, tunnete "surumist" või "tõmbamise" jõudu, mis on elektrivoolu ja magnetvälja vaheline koostoime.

 

Lihtsamalt öeldes: vool läbib magnetvälja → jõud rakendatakse traadile → Traadi liigub

 

See on mootori liikumise alus.

 

Kuidas muudab alalisvoolu mootor selle jõu pidevaks pöörlemiseks?

Varem ütlesime, et traati on sundinud. Kuid mootoris pole see juhtme, vaid mähiste rühm - nimetame neid armatuurimähiseks, mis on paigaldatud rootorile, mis võib vabalt pöörata.

 

Vool voolab toiteallikast mähisesse, mähis tekitab jõudu ja rootor hakkab pöörduma. Siin on küsimus:

Kui jõudu rakendatakse ainult üks kord, pöörleb rootor ainult üks kord ja siis peatub ning ei saa pidevalt pöörata?

 

Jah, nii et alalisvoolu mootori sees on väga oluline struktuur - kommutaator.

 

Selle väikese komponendi funktsioon on voolu suuna automaatselt lülitamine armatuuri pöörlemise ajal. Selle eeliseks on see, et kuigi vool muudab suunda, jääb magnetvälja "jõu suund" ühtlaseks, võimaldades rootoril jätkata pöörlemist.

 

Võite mõelda kommutaatorile kui lülitile, mis pöörlemise ajal "pidevalt libiseb". See töötab pintslitega, et alati hoida voolu "voolav õiges suunas", et säilitada stabiilne pöörlemine.

 

 

Põhjus, miks alalisvoolu mootor saab stabiilselt liikuda, ei ole mitte ainult praegune ja magnetväli, vaid ka selle sees olevate täpsuste komponentide seeria koordineeritud töö, sealhulgas "armatuuri mähise", "kommutaator" ja "harja". Lihtsamaks mõistmiseks põhineb siinne selgitus harjatud alalisvoolu mootoril.

 

1. armatuurimähis: voolu "rada"

Alalisvoolu mootoris on armatuurimähis (mida nimetatakse ka rootori mähiseks) ampere jõu otsene kandja. Kui vool siseneb mootorisse välisest toiteallikast, rakendatakse jõud magnetväljale just nende piludes jaotatud mähiste kaudu. Kuna mähised on rootoril sümmeetriliselt jaotatud, teevad need jõud üksteisega koostööd, moodustades stabiilse ja tasakaalustatud pöördemomendi (pöördemoment).

 

Seda saab mõista järgmiselt:

Iga traadi osa on nagu "rada", kus vool töötab, ja magnetväli toimib kohtunikuna, et avaldada "edasiviiv jõu". Kui mitu mähist on omavahel ühendatud, on need nagu meeskond, jookseb ringides rütmiliselt ja tekitavad lõpuks pidevat pöördemomenti.

 

Lisaks, mida rohkem armatuuri mähiseid on, seda sujuvam mootor töötab ja mida väiksem on väljundmomendi kõikumine.

 

2. kommutaator ja pintslid: mustkunstnik, kes voolu pöörab

See ei piisa, kui vool voolab läbi mähise - selleks, et hoida armatuur püsiva jõu samas suunas, tuleb voolu suund ümber pöörata iga poole pöörde tagant, mis on kommutaatori ülesanne.

 

Kommutaator on võlli külge kinnitatud vaskplaatide struktuur, mis hoiab kontakti staatori pintslitega. Rootori pöörlemisel libisevad pintslid üle erinevate vaskplaatide, põhjustades voolu automaatseks versiooni. Seetõttu püsib juhtme jõud samas suunas ka pärast mähise poole pöörde pööramist.

 

Teisisõnu, kommutaator on nagu süsteem, mis reguleerib automaatselt fooride tulesid, et tagada praegune "sujuv" ja säilitada pöörlemisrütm.

 

Miks on pintslid ja kommutaatorid sageli kõige kiiremini kantavad osad?

Kuna nad on pidevas kontaktis ja hõõrdumises, on nad altid suure kiirusega ja kõrgetel vooludel soojendama ja kuumutama ning nende eluiga on pikaajalise töö korral piiratud. Seetõttu kasutavad suure jõudlusega mootorites (näiteks harjadeta alalisvoolumootorid) inimesed selle struktuuri osa asendamiseks elektroonilist kommutatsiooni.

 

 

Alalisvoolu mootor ei tähenda ainult "pööramist", see võib ka "kiireks muuta", "vägivaldselt" ja isegi säilitada stabiilset väljundit erinevate koormuste all. Niisiis, kuidas juhitakse mootori kiirust (pöörlemissagedust) ja pöördemomenti (pöördemomenti)? Saame sellest aru järgmistest aspektidest:

 

1. pinge, voolu, kiiruse ja pöördemomendi suhe

DC -mootori väljundomadused on tihedalt seotud sisendpinge ja vooluga:

 

Pinge määrab kiiruse

Eeldusel, et koormus jääb muutumatuks, on alalisvoolu mootori kiirus umbes võrdeline pingega.

· Pinge vähendamine → kiiruse vähendamine

· Pinge suureneb → Kiirus suureneb

 

Vool mõjutab pöördemomenti

Mida suurem on vool, seda tugevam on mähise kaudu genereeritud ampere jõud ja seda suurem on väljundmoment.

· Veel voolu → rohkem pöördemoment (aga ka rohkem ülekuumenemisele)

 

Seetõttu vajavad elektrisõidukid kiirendamisel rohkem voolu, samas kui pideva kiirusega kruiisimisel väheneb vool.

 

2. Kuidas muutub mootor "isereguleerib" koormuse all?

Kui mootori juhitud koormus muutub raskemaks (nagu kaks inimest, kes istuvad elektril jalgrattal), on rootori liikumine suurem takistus ja kiirus väheneb loomulikult. Sel ajal väheneb armatuuri mähise tagumine elektromotoorne jõud, põhjustades mootorisse voolava voolu voolu, mis suurendab väljundmomenti automaatselt, takistab koormust ja säilitab pöörlemise.

 

See "adaptiivne" mehhanism on üks põhjusi, miks DC mootorid on väga praktilised.

 

3. PWM -juhtimine: pingekontrolli variatsioon

Mootori praeguses juhtimises ei ole toiteallika pinge otseselt reguleeritud. Selle asemel kasutatakse "muutuva pinge" efekti simuleerimiseks meetodit PWM (impulsi laiuse modulatsioon).

 

Lihtsas mõttes:

Kontroller lülitab toite kiiresti sisse ja välja, võimaldades mootoril töötada kõrgsagedusliku lülitustsükliga "sisselülitamise".

Ajasuhet (töötsükkel) kohandades saab simuleerida erinevaid keskmisi pingeid.

 

Näiteks:

50% töötsükkel ≈ pool pinget → kiirus on umbes pool täiskiirusest

90% töötsükkel ≈ kõrge pingevarustus → Kiirus täiskiirusel

 

PWM -il pole mitte ainult täpset kontrolli, vaid vähendab ka energiakadu. See on kaasaegsete DC mootori juhtimissüsteemide põhivahendid.

 

 

Eelmises sisus kasutasime tööpõhimõtte selgitamiseks näitena harjatud püsivat magnet DC -mootorit, kuid tegelikult pole "alalisvoolu mootor" üks struktuur. See võib erineda disainivormides, mis põhinevad kommutatsioonimeetoditel, magnetvälja allikatel jne.

 

Niisiis, kas need erinevad alalisvoolumootorid töötavad samal viisil? Millised on peamised erinevused? Vaatame.

 

1. harjatud vs harjadeta: erinevused kommutatsioonimehhanismides

Harjatud alalisvoolumootor

Kommutatsioonimeetod: voolu suuna tagasipööramise lõpuleviimiseks tuginege mehaanilisele kommutaatorile + pintslile.

Funktsioonid: lihtne struktuur, hõlpsasti juhtimine, madal hind, kuid pintsleid on lihtne kanda ja vajavad regulaarset hooldust.

 

Harjadeta alalisvoolu mootor (BLDC)

Kommutatsioonimeetod: elektrooniline kommutatsioon positsioonianduri ja kontrolleri kaudu rootori asukoha määramiseks ja pingestatud mähise muutmiseks.

Omadused: kõrge tõhusus, pikk eluiga, madal müra, mis sobib suure jõudlusega stsenaariumide jaoks (näiteks droonid, elektririistad, elektrisõidukid jne).

 

Põhierinevuste kokkuvõte:

projekt	Harjatud mootor	Harjadeta mootor
Kommutatsioonimeetod	Mehaaniline kommutaator	Elektrooniline kontroll
Hooldussagedus	kõrge	Madal
Kasutulu	Suhteliselt lühike	Pikem
maksumus	Madal	Kõrgem
Kontrolliraskused	Madal	Keskmine ja kõrge

 

2. püsiv magnet vs ergastus: erinevad magnetvälja allikad

Püsimagnet alalisvoolu mootor (PMDC mootor)

· Magnetvälja allikas: kasutatakse püsimagneteid, millel on stabiilne magnetväli ja kompaktne struktuur.

Eelised: väike suurus, suure tõhususega, tavaliselt kasutatakse mikromootorites, kaasaskantavates seadmetes, elektrisõidukites jne.

Puudused: magnetil on piiratud soojustakistus ja magnetvälja tugevust ei saa reguleerida.

 

Erutatud alalisvoolu mootor

· Magnetvälja allikas: magnetväli genereerib ergastusmähis, mis võib olla seeria ergastus, paralleelne ergastus, liit ergastus ja muud struktuurid.

Eelised: magnetväli on reguleeritav, mis sobib rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt lähtemomenti või muutuvat kiirust, näiteks tööstuslikud tõsteseadmed, liftid jne.

Puudused: keerulisem struktuur, suurem maht, pisut suurem energiatarbimine.

 

Magnetvälja erinevuse võrdlus:

projekt	Püsimagnetmootor	Ergutusmootor
Magnetvälja allikas	Püsimagnetid	Ergastusmähis
Magnetvälja reguleeritavus	Ei ole reguleeritav	Reguleeritav
maksumus	Suhteliselt madal	Pisut kõrgem
Rakenduse stsenaarium	Väike ja kaasaskantav	Tööstuslik, raskeveok

 

Võrdluseks on näha, et kuigi erinevat tüüpi alalisvoolumootorid erinevad kommutatsioonimehhanismide ja magnetvälja allikate poolest, on nende põhiprintsiipud samad: kasutades magnetvälja praeguses vedavas juhtkonnas avaldatud jõudu, et moodustada pöördemoment, suurendades sellega pöörlemist.

 

 

Praegu arvan, et teil on täielik arusaamMis on alalisvoolu mootorja kogu protsess, miks alalisvoolu mootor saab pöörleda. Alates füüsilisest põhimõttest (Ampere'i seadusest) kuni põhikomponentide koordineeritud tööni (armatuurmäil, kommutaator, pintsel) kuni eri tüüpi mootorite töömehhanismide erinevusteni (harja\/harjadeta, püsiv magnet\/ergastus) võib öelda, et DC Motors on tehnoloogia, mis "näib olevat keeruline, kuid näib olevat teadlik disain".

 

 

Kui otsite oma projekti jaoks tõhusat ja usaldusväärset alalisvoolu mootorit, siis miks mitte meiega ühendust võtta - VSD DC mootoritootja.

Keskendume erinevate alalisvoolumootorite kujundamisele ja kohandamisele, hõlmates harjatud, harjadeta, püsimagneti, käiku, elektroonilise juhtimise ja muude seeriate, mida kasutatakse laialdaselt nutikates koduseadmetes, robotites, automatiseerimisseadmetes, meditsiinilises täpsuses ja muudes väljades.

 

Meie eelised:

Toetage kohandatud arengut ja väikese partii proovitootmist

Sõltumatu patenditehnoloogia ja range kvaliteeditunnistuse omamine

Teeninud kliente paljudes maailma riikides

 

Võtke meiega ühendust tootejuhendite või tehniliste nõuannete saamiseks. See muudab teie mootorivaliku lihtsamaks ja projekti tõhusamaks!