Двигателите с постоянен ток са повсеместни машини, намиращи се в разнообразно електронно оборудване, използвано в различни приложения.

Обикновено тези двигатели се разполагат в оборудване, което изисква някаква форма на въртеливо или генериращо движение управление.Двигателите с постоянен ток са основни компоненти в много електротехнически проекти.Доброто разбиране на работата на DC двигателя и регулирането на скоростта на двигателя позволява на инженерите да проектират приложения, които постигат по-ефективен контрол на движението.

Тази статия ще разгледа отблизо видовете налични постояннотокови двигатели, техния режим на работа и как да постигнете контрол на скоростта.

Какво представляват постояннотоковите двигатели?

катоAC двигатели, DC двигателите също преобразуват електрическата енергия в механична енергия.Тяхната работа е обратната на DC генератор, който произвежда електрически ток.За разлика от променливотоковите двигатели, постоянните двигатели работят с постоянен ток – несинусоидално, еднопосочно захранване.

Основна конструкция

Въпреки че DC двигателите са проектирани по различни начини, всички те съдържат следните основни части:

• Ротор (частта от машината, която се върти; известна още като „котва“)
• Статор (намотките на възбуждането или „стационарна“ част на двигателя)
• Комутатор (може да бъде с четка или без четка, в зависимост от типа на двигателя)
• Полеви магнити (осигуряват магнитното поле, което завърта ос, свързана с ротора)

На практика двигателите с постоянен ток работят въз основа на взаимодействията между магнитните полета, произведени от въртяща се арматура, и тези на статора или неподвижен компонент.

Безсензорен DC безчетков контролер на мотор.Изображението е използвано с любезното съдействие наКензи Мъдж.

Принцип на работа

Двигателите с постоянен ток работят на принципа на електромагнетизма на Фарадей, който гласи, че проводник с ток изпитва сила, когато е поставен в магнитно поле.Според „Правилото на лявата ръка за електродвигатели” на Флеминг, движението на този проводник винаги е в посока, перпендикулярна на тока и магнитното поле.

Математически можем да изразим тази сила като F = BIL (където F е сила, B е магнитното поле, I означава ток и L е дължината на проводника).

Видове постояннотокови двигатели

DC двигателите попадат в различни категории в зависимост от тяхната конструкция.Най-често срещаните видове включват четка или без четка, постоянен магнит, серия и паралел.

Четкови и безчеткови двигатели

Полиран DC моторизползва чифт графитни или въглеродни четки, които са за провеждане или подаване на ток от арматурата.Тези четки обикновено се държат в непосредствена близост до комутатора.Други полезни функции на четките в двигателите с постоянен ток включват осигуряване на работа без искри, контролиране на посоката на тока по време на въртене и поддържане на комутатора чист.

Безчеткови постояннотокови двигателине съдържат въглеродни или графитни четки.Те обикновено съдържат един или повече постоянни магнити, които се въртят около фиксирана арматура.Вместо четки, безчетковите DC двигатели използват електронни схеми за управление на посоката на въртене и скоростта.

Двигатели с постоянен магнит

Двигателите с постоянен магнит се състоят от ротор, заобиколен от два противоположни постоянни магнита.Магнитите доставят поток от магнитно поле, когато преминава постоянен ток, което кара ротора да се върти по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка, в зависимост от полярността.Основно предимство на този тип двигател е, че може да работи при синхронна скорост с постоянна честота, което позволява оптимално регулиране на скоростта.

Серийно навити постояннотокови двигатели

Серийните двигатели имат статорни (обикновено изработени от медни пръти) намотки и възбуждащи намотки (медни намотки), свързани последователно.Следователно токът на котвата и токовете на полето са равни.Силният ток протича директно от захранването в намотките на възбуждането, които са по-дебели и по-малко, отколкото в шунтовите двигатели.Дебелината на намотките на възбуждането увеличава товароносимостта на двигателя и също така създава мощни магнитни полета, които дават на серийните DC двигатели много висок въртящ момент.

Шунтови постояннотокови двигатели

Шунтиращият постояннотоков двигател има котва и намотки на възбуждане, свързани паралелно.Благодарение на паралелното свързване и двете намотки получават едно и също захранващо напрежение, въпреки че се възбуждат поотделно.Шунтовите двигатели обикновено имат повече навивки на намотките, отколкото серийните двигатели, което създава мощни магнитни полета по време на работа.Шунтовите двигатели могат да имат отлично регулиране на скоростта, дори при различни натоварвания.Въпреки това, обикновено им липсва високият начален въртящ момент на серийните двигатели.

Верига за управление на двигателя и скоростта, инсталирана в мини бормашина.Изображението е използвано с любезното съдействие наДилшан Р. Джаякоди

Контрол на скоростта на DC мотор

Има три основни начина за постигане на регулиране на скоростта в серийните DC двигатели - контрол на потока, контрол на напрежението и контрол на съпротивлението на арматурата.

1. Метод за контрол на потока

При метода за контрол на потока реостат (вид променлив резистор) е свързан последователно с намотките на възбуждането.Целта на този компонент е да увеличи серийното съпротивление в намотките, което ще намали потока, като по този начин ще увеличи скоростта на двигателя.

2. Метод за регулиране на напрежението

Методът на променливо регулиране обикновено се използва в шунтови постояннотокови двигатели.Отново има два начина за постигане на контрол на регулирането на напрежението:

• Свързване на шунтовото поле към фиксирано възбуждащо напрежение, докато захранва арматурата с различни напрежения (известен още като контрол на множеството напрежение)
• Промяна на напрежението, подадено към арматурата (известен още като метода на Ward Leonard)

3. Метод за контрол на съпротивлението на котвата

Контролът на съпротивлението на котвата се основава на принципа, че скоростта на двигателя е право пропорционална на обратната ЕМП.Така че, ако захранващото напрежение и съпротивлението на котвата се поддържат на постоянна стойност, скоростта на двигателя ще бъде право пропорционална на тока на котвата.