Двигатель постоянного тока | это… Что такое Двигатель постоянного тока?

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

История

• 1834 г. Американский кузнец Томас Дэвенпорт создаёт первый электродвигатель постоянного тока.
• 1839 г. Якоби, Борис Семёнович построил лодку с электродвигателем постоянного тока.

Краткое описание коллекторного двигателя постоянного тока

Простейший двигатель на рис. 1 является машиной постоянного тока, состоит из одного постоянного магнита на статоре, из одного электромагнита с явно выраженными полюсами на роторе (двухполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой из двух частей), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками. Имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент, в первом приближении (магнитное поле полюсов статора B — равномерное (однородное) и др.) равный

, где — число витков обмотки ротора, — индукция магнитного поля полюсов статора, — ток в обмотке ротора [А], — длина рабочей части витка обмотки [м], — расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м], — синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад], — угловая скорость [рад/сек], — время [сек].

Из-за наличия угловой ширины щёток и углового зазора между пластинами (ламелями) коллектора в двигателе этой конструкции имеются динамически постоянно короткозамкнутые щётками части обмотки ротора. Число короткозамкнутых частей обмотки ротора равно числу щёток. Эти короткозамкнутые части обмотки ротора не участвует в создании общего крутящего момента.

Суммарная короткозамкнутая часть ротора в двигателях с одним коллектором равна:

, где n — число щёток, alfa — угловая ширина одной щётки [радиан].

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент s рамок (витков) с током за один оборот равен площади под интегральной кривой крутящего момента, делённой на длину периода (1оборот = ):

Рис. 2 Коллекторный двигатель постоянного тока с двухполюсным статором и с трёхполюсным ротором

Двигатель на рис. 2 состоит из одного электромагнита на статоре (двухполюсного статора) с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой, трёхполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с тремя обмотками (обмотки ротора могут быть включены звездой или треугольником), щёточноколлекторного узла с тремя пластинами (ламелями) и с двумя щётками. Самозапуск возможен из любого положения ротора. Имеет меньшую неравномерность крутящего момента, чем двигатель с двухполюсным ротором (рис. 1).

ДПТ являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определённых условиях способны работать как генераторы.

Сокращение ДПТ (двигатель постоянного тока) является неудачным, так как название «двигатель переменного тока» имеет то же сокращение — ДПТ. Но так как двигатели переменного тока разделяются на ассинхронные (АД) и синхронные (СД), сокращение ДПТ относят к двигателям постоянного тока.

Статор

На статоре ДПТ располагаются в зависимости от конструкции:

• постоянные магниты
• электромагниты с обмотками возбуждения — катушки, наводящие магнитный поток возбуждения

В простейшем случае имеет два полюса, т.е. один магнит с одной парой полюсов.

Ротор

Основная статья: Ротор (техника)

Состоит из электромагнитов с переключаемой полярностью и датчика положения ротора и переключателя (коллектора). В простейшем случае ротор состоит из одного электромагнита с двумя полюсами, т.е. имеет одну пару полюсов, при этом есть две «мёртвые точки» из которых невозможен самозапуск двигателя.

Рис. 3 Ротор

Ротор с тремя полюсами (полторы пары) имеет наименьшее число полюсов ротора при которых самозапуск возможен из любого положения ротора. На самом деле один полюс всё время делится на две части, т.е. ротор имеет неявные две пары полюсов. Ротор любого ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание в зависимости от угла поворота ротора относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

При вычислении момента инерции ротора его в первом приближении можно считать сплошным однородным цилиндром с моментом инерции равным где — масса цилиндра (ротора), а — радиус цилиндра (ротора).

Коллектор (коллекторный узел, щёточный узел, коллекторно-щёточный узел, щёточно-коллекторный узел)

Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции — является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами.

Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей.

Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.

Рис. 4 Графитовые щётки

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 часто 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 ресурс ДПТ. Искрение уменьшают выбором положения щёток относительно статора (снижая ток коммутации), а также подключением внешних реактивных элементов (конденсаторов).

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.

Классификация

• По виду магнитной системы статора
  • С постоянными магнитами
  • С электромагнитами
    • По способу включения обмоток возбуждения электромагнитов статора

Двигатели постоянного тока различаются по способу коммутации обмоток возбуждения. Вид подключения обмоток возбуждения существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя. Существуют схемы независимого, параллельного, последовательного и смешанного включения обмоток возбуждения.

Принцип работы

В принципе работы электродвигателя постоянного тока есть два подхода: 1. рамка (2 стержня) с током в магнитном поле статора, 2. взаимодействие магнитных полей статора и ротора.

Рамка с током в однородном магнитном поле полюсов статора

В однородном магнитном поле полюсов статора с индукцией на два стержня рамки длиной с током действуют силы Ампера постоянной величины, равные

и направленные в противоположные стороны.

Эти силы прикладываются к плечам , равным

, где — радиус рамки, и создают крутящий момент , равный

.

Для двух стержней рамки суммарный крутящий момент равен

. Практически из-за того, что угловая ширина щётки [радиан] немного меньше угловой ширины зазора между пластинами (ламелями) коллектора, чтобы источник питания не замыкался накоротко, четыре небольших части под кривой крутящего момента, равные , где , не участвуют в создании общего крутящего момента.

При числе витков в обмотке равном s крутящий момент будет равен .

Наибольший крутящий момент будет при угле поворота рамки равном , т.е. 90°, при этом угле поворота рамки с током вектора магнитных полей статора и ротора (рамки) будут перпендикулярны друг к другу, т.е. под углом 90°. При угле поворота ротора (рамки) 180° крутящий момент равен нулю из-за нулевого плеча, но силы не равны нулю и это положение ротора (рамки), при отсутствии переключения тока, весьма устойчиво и подобно одному шагу в шаговом двигателе.

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой крутящего момента делённой на длину периода :

При s витков в обмотке

Две рамки с током в однородном магнитном поле полюсов статора

Если на роторе машины установить вторую рамку, сдвинутую относительно первой на угол π / 2, то получится четырёхполюсный ротор. Момент второй рамки:

Суммарный момент обеих рамок:

Таким образом получается, что крутящий момент зависит от угла поворота ротора, но неравномерность меньше, чем при одной рамке. Кроме этого добавляется самозапуск из любого положения ротора. При этом для второй рамки потребуется второй коллектор (щёточно-коллекторный узел). Оба узла соединяются параллельно, при этом переключение тока в рамках происходит в интервалах с наименьшим током в рамках, при последовательном соединении переключение тока в одной из рамок (разрыв цепи) происходит во время максимального тока в другой рамке. Практически, из-за того, что угловая ширина щётки α [рад] немного меньше угловой ширины зазора β [рад] между пластинами коллектора (ламелями) восемь небольших частей под кривой крутящего момента, равных

, где Δ = β − α, не участвуют в создании общего крутящего момента.

Рамка с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Если магнитное поле полюсов статора неоднородное и изменяется по отношению к стержням рамки по закону

, то крутящий момент для одного стержня будет равен

,

для двух стержней

,

для рамки из витков

.

В создании крутящего момента не участвуют четыре части под кривой крутящего момента равные

.

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой делённой на длину периода :

При s витках в обмотке

Две рамки с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Для второй (косинусной) рамки ,

крутящий момент от второй (косинусной) рамки будет равен

,

суммарный крутящий момент от обеих рамок равен

, т.е. постоянен и от угла поворота ротора не зависит.

Практически, из-за наличия зазора, восемь небольших частей под кривой крутящего момента равные

каждая,

в создании крутящего момента не участвуют.

Для вычисления момента инерции ротора его можно считать в первом приближении сплошным однородным цилиндром с моментом инерции

, где — масса цилиндра (ротора), — радиус цилиндра (ротора).

Взаимодействие магнитных полей

Магнитные поля статора и ротора (рамки с током), взаимоотталкиваются, чем ротор (рамка) приводится во вращение на 180°. Для дальнейшего вращения необходимо переключение направления тока в рамке.

Разновидности

Коллекторные, с щёточноколлекторным переключателем тока

С одним коллектором (щёточноколлекторным узлом) и обмотками, где — число пар полюсов ротора, с соединением обмоток ротора в кольцо (по этой классификации двигатель на рис. 2 является полуторным, имеет полторы пары полюсов и 2*1,5=3 обмотки ротора). Имеют большую короткозамкнутую щётками часть обмотки ротора, равную

, где — число щёток, — угловая ширина одной щётки (рад), — число пи (3,14…).

С двумя коллекторами (щёточноколлекторными узлами, в бесколлекторных с инвертором на двух параллельных мостах) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусный, двухфазный) с неоднородным (синусообразным) магнитным полем полюсов статора. Имеют малую нерабочую часть под кривой крутящего момента, равную

, где — угловая ширина зазора между пластинами коллектора (ламелями), подобен двухфазному бесколлекторному.

С тремя коллекторами и тремя обмотками (в бесколлекторных с инвертором на трёх параллельных мостах, трёхфазный).

С четырьмя коллекторами (щёточноколлекторными узлами) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусные), специальные. Специальная конструкция коллектора с четырьмя коллекторами (один коллектор на одну щётку) позволяет почти до нуля уменьшить нерабочую часть крутящего момента (нерабочая часть крутящего момента в этом двигателе зависит от точности изготовления деталей) и сделать используемую часть крутящего момента независимой от угловой ширины щётки. При этом угловая ширина одной пластины коллектора равна , где — угловая ширина одной щётки.

С четырьмя коллекторами и четырьмя обмотками (в бесколлекторных — с инвертором на четырёх параллельных мостах, четырёхфазный).

С восемью коллекторами (щёточноколлекторными узлами). В этом двигателе уже нет рамок, а ток подаётся через коллекторы в отдельные стержни ротора.

И др.

Другие виды электродвигателей постоянного тока

• Униполярный электродвигатель (униполярный генератор)
• Универсальный коллекторный двигатель работает и на постоянном токе, и на переменном. Применяется в ручных электроинструментах (электродрели, электролобзики, электропилы, электрорубанки и др.), пылесосах, кофемолках, блендерах и др.

Применение

• Электропривод тепловозов, теплоходов, карьерных самосвалов
• Стартёры автомобилей, тракторов и др. Для уменьшения номинального напряжения двигателя в автомобильных стартёрах применяют двигатель постоянного тока с четырьмя щётками, при этом эквивалентное комплексное сопротивление ротора уменьшается почти в четыре раза, при этом статор имеет четыре полюса (две пары полюсов). Пусковой ток в автомобильных стартёрах около 200 ампер. Режим работы — кратковременный.

Бесколлекторные, с электронным переключателем тока

Электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР) (Вентильный электродвигатель).

Ротор является постоянным магнитом, а обмотки статора переключаются электронными схемами — инверторами. Бесколлекторные электродвигатели могут быть однофазными (две «мёртвые точки»), двухфазными (синусно-косинусными), трёх- и более фазными.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока с выпрямителем (мостом) может заменить универсальный коллекторный двигатель (УКД).

Управление ДПТ

Механическая характеристика ДПТ

Зависимость частоты от момента на валу ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном.

Механическая характеристика ДПТ строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Зависимость частоты вращения ротора от напряжения питания обмоток ротора ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абцисс) — напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.

Управление ДПТ

Основные формулы, используемые при управлении ДПТ:

Крутящий момент, развиваемый двигателем, пропорционален току в обмотке якоря (ротора):

, где — ток в обмотке якоря, — коэффициент крутящего момента двигателя (зависит от конструкции двигателя и тока в обмотке возбуждения).

Ток в обмотке ротора по закону Ома прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению обмотки ротора:

, где — напряжение, приложенное к обмотке ротора, — сопротивление обмотки ротора.

ПротивоЭДС в обмотках якоря пропорциональна угловой частоте вращения ротора:

, где — коэффициент ЭДС двигателя, — угловая скорость вращения ротора.

Следовательно, величиной крутящего момента можно управлять меняя напряжение на ДПТ. Такой способ применяют для относительно маломощных двигателей.

Для управления более сильными (мощными) двигателями используют: а) принцип ШИМ, когда изменяется не величина напряжения, а длительность его приложения к двигателю, б) регулирование крутящего момента изменением напряжения на обмотке возбуждения, требует меньшую мощность элементов схемы управления, чем регулирование изменением напряжения на всём двигателе, но при этом способе регулирования ток через обмотку якоря не управляется, из-за этого даже при малом крутящем моменте большой ток через обмотку якоря будет нагревать обмотку якоря, что может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. Возможно применение для регулирования крутящего момента в небольших пределах от номинального крутящего момента.

Управление двигателем осуществляется по току в обмотке двигателя, который пропорционален напряжению, приложенному к этой обмотке. Реакцию двигателя на данное напряжение при определённом внешнем моменте можно увидеть на соответствующей регулировочной характеристике. Регулировочная характеристика показывает скорость, которую двигатель достигнет в установившемся режиме.

Достоинства и недостатки ДПТ

Достоинства:

• Простота устройства и управления
• Практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя
• Легко регулировать частоту вращения.
• Хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент).

Недостатки:

• Необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов
• Ограниченный срок службы из-за износа коллектора

См. также

• Электротехника
• Электродвигатель
• Вентильный электродвигатель
• Универсальный коллекторный двигатель
• Машина постоянного тока
• Электрические машины

Ссылки

• Исполнительные двигатели и тахогенераторы постоянного тока
• Первые конструкции электродвигателей постоянного тока
• Описание электродвигателей постоянного тока (постоянно обновляется база)
• http://www. unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
• http://uiits.miem.edu.ru/Falk/Book 2006/book/part5/part5_7.html 5.7. Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока
• http://mdra.narod.ru/Konstru.htm Упрощённая модель двигателя постоянного тока
• http://vsedvigateli.narod.ru/2/electr/post/post.htm#принцип Двигатель постоянного тока
• http://engines-history.ru/foto/dvigatel-postojannogo-toka/pic_2.html Двигатель постоянного тока
• http://www.ukrsmb.info/avl.html Двигатели и генераторы (машины) многоконтурные постоянного тока
• http://kazakiy.h21.ru/elektra07.html Рис.85. Принцип работы двигателя постоянного тока.
• http://bel-elmash.ru/principle.php Электродвигатели постоянного тока — принцип действия и устройство
• http://www.krugosvet.ru/articles/12/1001268/1001268a1.htm Электромашинные генераторы и электродвигатели
• http://www.slovopedia.com/14/221/1021403.html Электромашинные генераторы и электродвигатели: электродвигатели постоянного тока
• http://www. diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=ru&base=colier&page=showid&id=11949 Электромашинные генераторы и электродвигатели: электродвигатели постоянного тока
• http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/091/909.htm Электродвигатель постоянного тока.
• http://www.physel.ru/content/view/503/44/ % 172. Электродвигатели постоянного тока.

Двигатель постоянного тока | это… Что такое Двигатель постоянного тока?

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

История

• 1834 г. Американский кузнец Томас Дэвенпорт создаёт первый электродвигатель постоянного тока.
• 1839 г. Якоби, Борис Семёнович построил лодку с электродвигателем постоянного тока.

Краткое описание коллекторного двигателя постоянного тока

Простейший двигатель на рис. 1 является машиной постоянного тока, состоит из одного постоянного магнита на статоре, из одного электромагнита с явно выраженными полюсами на роторе (двухполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой из двух частей), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками. Имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент, в первом приближении (магнитное поле полюсов статора B — равномерное (однородное) и др.) равный

, где — число витков обмотки ротора, — индукция магнитного поля полюсов статора, — ток в обмотке ротора [А], — длина рабочей части витка обмотки [м], — расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м], — синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад], — угловая скорость [рад/сек], — время [сек].

Из-за наличия угловой ширины щёток и углового зазора между пластинами (ламелями) коллектора в двигателе этой конструкции имеются динамически постоянно короткозамкнутые щётками части обмотки ротора. Число короткозамкнутых частей обмотки ротора равно числу щёток. Эти короткозамкнутые части обмотки ротора не участвует в создании общего крутящего момента.

Суммарная короткозамкнутая часть ротора в двигателях с одним коллектором равна:

, где n — число щёток, alfa — угловая ширина одной щётки [радиан].

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент s рамок (витков) с током за один оборот равен площади под интегральной кривой крутящего момента, делённой на длину периода (1оборот = ):

Рис. 2 Коллекторный двигатель постоянного тока с двухполюсным статором и с трёхполюсным ротором

Двигатель на рис. 2 состоит из одного электромагнита на статоре (двухполюсного статора) с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой, трёхполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с тремя обмотками (обмотки ротора могут быть включены звездой или треугольником), щёточноколлекторного узла с тремя пластинами (ламелями) и с двумя щётками. Самозапуск возможен из любого положения ротора. Имеет меньшую неравномерность крутящего момента, чем двигатель с двухполюсным ротором (рис. 1).

ДПТ являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определённых условиях способны работать как генераторы.

Сокращение ДПТ (двигатель постоянного тока) является неудачным, так как название «двигатель переменного тока» имеет то же сокращение — ДПТ. Но так как двигатели переменного тока разделяются на ассинхронные (АД) и синхронные (СД), сокращение ДПТ относят к двигателям постоянного тока.

Статор

На статоре ДПТ располагаются в зависимости от конструкции:

• постоянные магниты
• электромагниты с обмотками возбуждения — катушки, наводящие магнитный поток возбуждения

В простейшем случае имеет два полюса, т.е. один магнит с одной парой полюсов.

Ротор

Основная статья: Ротор (техника)

Состоит из электромагнитов с переключаемой полярностью и датчика положения ротора и переключателя (коллектора). В простейшем случае ротор состоит из одного электромагнита с двумя полюсами, т.е. имеет одну пару полюсов, при этом есть две «мёртвые точки» из которых невозможен самозапуск двигателя.

Рис. 3 Ротор

Ротор с тремя полюсами (полторы пары) имеет наименьшее число полюсов ротора при которых самозапуск возможен из любого положения ротора. На самом деле один полюс всё время делится на две части, т.е. ротор имеет неявные две пары полюсов. Ротор любого ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание в зависимости от угла поворота ротора относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

При вычислении момента инерции ротора его в первом приближении можно считать сплошным однородным цилиндром с моментом инерции равным где — масса цилиндра (ротора), а — радиус цилиндра (ротора).

Коллектор (коллекторный узел, щёточный узел, коллекторно-щёточный узел, щёточно-коллекторный узел)

Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции — является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами.

Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей.

Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.

Рис. 4 Графитовые щётки

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 часто 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 ресурс ДПТ. Искрение уменьшают выбором положения щёток относительно статора (снижая ток коммутации), а также подключением внешних реактивных элементов (конденсаторов).

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.

Классификация

• По виду магнитной системы статора
  • С постоянными магнитами
  • С электромагнитами
    • По способу включения обмоток возбуждения электромагнитов статора

Двигатели постоянного тока различаются по способу коммутации обмоток возбуждения. Вид подключения обмоток возбуждения существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя. Существуют схемы независимого, параллельного, последовательного и смешанного включения обмоток возбуждения.

Принцип работы

В принципе работы электродвигателя постоянного тока есть два подхода: 1. рамка (2 стержня) с током в магнитном поле статора, 2. взаимодействие магнитных полей статора и ротора.

Рамка с током в однородном магнитном поле полюсов статора

В однородном магнитном поле полюсов статора с индукцией на два стержня рамки длиной с током действуют силы Ампера постоянной величины, равные

и направленные в противоположные стороны.

Эти силы прикладываются к плечам , равным

, где — радиус рамки, и создают крутящий момент , равный

.

Для двух стержней рамки суммарный крутящий момент равен

. Практически из-за того, что угловая ширина щётки [радиан] немного меньше угловой ширины зазора между пластинами (ламелями) коллектора, чтобы источник питания не замыкался накоротко, четыре небольших части под кривой крутящего момента, равные , где , не участвуют в создании общего крутящего момента.

При числе витков в обмотке равном s крутящий момент будет равен .

Наибольший крутящий момент будет при угле поворота рамки равном , т.е. 90°, при этом угле поворота рамки с током вектора магнитных полей статора и ротора (рамки) будут перпендикулярны друг к другу, т.е. под углом 90°. При угле поворота ротора (рамки) 180° крутящий момент равен нулю из-за нулевого плеча, но силы не равны нулю и это положение ротора (рамки), при отсутствии переключения тока, весьма устойчиво и подобно одному шагу в шаговом двигателе.

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой крутящего момента делённой на длину периода :

При s витков в обмотке

Две рамки с током в однородном магнитном поле полюсов статора

Если на роторе машины установить вторую рамку, сдвинутую относительно первой на угол π / 2, то получится четырёхполюсный ротор. Момент второй рамки:

Суммарный момент обеих рамок:

Таким образом получается, что крутящий момент зависит от угла поворота ротора, но неравномерность меньше, чем при одной рамке. Кроме этого добавляется самозапуск из любого положения ротора. При этом для второй рамки потребуется второй коллектор (щёточно-коллекторный узел). Оба узла соединяются параллельно, при этом переключение тока в рамках происходит в интервалах с наименьшим током в рамках, при последовательном соединении переключение тока в одной из рамок (разрыв цепи) происходит во время максимального тока в другой рамке. Практически, из-за того, что угловая ширина щётки α [рад] немного меньше угловой ширины зазора β [рад] между пластинами коллектора (ламелями) восемь небольших частей под кривой крутящего момента, равных

, где Δ = β − α, не участвуют в создании общего крутящего момента.

Рамка с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Если магнитное поле полюсов статора неоднородное и изменяется по отношению к стержням рамки по закону

, то крутящий момент для одного стержня будет равен

,

для двух стержней

,

для рамки из витков

.

В создании крутящего момента не участвуют четыре части под кривой крутящего момента равные

.

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой делённой на длину периода :

При s витках в обмотке

Две рамки с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Для второй (косинусной) рамки ,

крутящий момент от второй (косинусной) рамки будет равен

,

суммарный крутящий момент от обеих рамок равен

, т.е. постоянен и от угла поворота ротора не зависит.

Практически, из-за наличия зазора, восемь небольших частей под кривой крутящего момента равные

каждая,

в создании крутящего момента не участвуют.

Для вычисления момента инерции ротора его можно считать в первом приближении сплошным однородным цилиндром с моментом инерции

, где — масса цилиндра (ротора), — радиус цилиндра (ротора).

Взаимодействие магнитных полей

Магнитные поля статора и ротора (рамки с током), взаимоотталкиваются, чем ротор (рамка) приводится во вращение на 180°. Для дальнейшего вращения необходимо переключение направления тока в рамке.

Разновидности

Коллекторные, с щёточноколлекторным переключателем тока

С одним коллектором (щёточноколлекторным узлом) и обмотками, где — число пар полюсов ротора, с соединением обмоток ротора в кольцо (по этой классификации двигатель на рис. 2 является полуторным, имеет полторы пары полюсов и 2*1,5=3 обмотки ротора). Имеют большую короткозамкнутую щётками часть обмотки ротора, равную

, где — число щёток, — угловая ширина одной щётки (рад), — число пи (3,14…).

С двумя коллекторами (щёточноколлекторными узлами, в бесколлекторных с инвертором на двух параллельных мостах) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусный, двухфазный) с неоднородным (синусообразным) магнитным полем полюсов статора. Имеют малую нерабочую часть под кривой крутящего момента, равную

, где — угловая ширина зазора между пластинами коллектора (ламелями), подобен двухфазному бесколлекторному.

С тремя коллекторами и тремя обмотками (в бесколлекторных с инвертором на трёх параллельных мостах, трёхфазный).

С четырьмя коллекторами (щёточноколлекторными узлами) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусные), специальные. Специальная конструкция коллектора с четырьмя коллекторами (один коллектор на одну щётку) позволяет почти до нуля уменьшить нерабочую часть крутящего момента (нерабочая часть крутящего момента в этом двигателе зависит от точности изготовления деталей) и сделать используемую часть крутящего момента независимой от угловой ширины щётки. При этом угловая ширина одной пластины коллектора равна , где — угловая ширина одной щётки.

С четырьмя коллекторами и четырьмя обмотками (в бесколлекторных — с инвертором на четырёх параллельных мостах, четырёхфазный).

С восемью коллекторами (щёточноколлекторными узлами). В этом двигателе уже нет рамок, а ток подаётся через коллекторы в отдельные стержни ротора.

И др.

Другие виды электродвигателей постоянного тока

• Униполярный электродвигатель (униполярный генератор)
• Универсальный коллекторный двигатель работает и на постоянном токе, и на переменном. Применяется в ручных электроинструментах (электродрели, электролобзики, электропилы, электрорубанки и др.), пылесосах, кофемолках, блендерах и др.

Применение

• Электропривод тепловозов, теплоходов, карьерных самосвалов
• Стартёры автомобилей, тракторов и др. Для уменьшения номинального напряжения двигателя в автомобильных стартёрах применяют двигатель постоянного тока с четырьмя щётками, при этом эквивалентное комплексное сопротивление ротора уменьшается почти в четыре раза, при этом статор имеет четыре полюса (две пары полюсов). Пусковой ток в автомобильных стартёрах около 200 ампер. Режим работы — кратковременный.

Бесколлекторные, с электронным переключателем тока

Электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР) (Вентильный электродвигатель).

Ротор является постоянным магнитом, а обмотки статора переключаются электронными схемами — инверторами. Бесколлекторные электродвигатели могут быть однофазными (две «мёртвые точки»), двухфазными (синусно-косинусными), трёх- и более фазными.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока с выпрямителем (мостом) может заменить универсальный коллекторный двигатель (УКД).

Управление ДПТ

Механическая характеристика ДПТ

Зависимость частоты от момента на валу ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном.

Механическая характеристика ДПТ строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Зависимость частоты вращения ротора от напряжения питания обмоток ротора ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абцисс) — напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.

Управление ДПТ

Основные формулы, используемые при управлении ДПТ:

Крутящий момент, развиваемый двигателем, пропорционален току в обмотке якоря (ротора):

, где — ток в обмотке якоря, — коэффициент крутящего момента двигателя (зависит от конструкции двигателя и тока в обмотке возбуждения).

Ток в обмотке ротора по закону Ома прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению обмотки ротора:

, где — напряжение, приложенное к обмотке ротора, — сопротивление обмотки ротора.

ПротивоЭДС в обмотках якоря пропорциональна угловой частоте вращения ротора:

, где — коэффициент ЭДС двигателя, — угловая скорость вращения ротора.

Следовательно, величиной крутящего момента можно управлять меняя напряжение на ДПТ. Такой способ применяют для относительно маломощных двигателей.

Для управления более сильными (мощными) двигателями используют: а) принцип ШИМ, когда изменяется не величина напряжения, а длительность его приложения к двигателю, б) регулирование крутящего момента изменением напряжения на обмотке возбуждения, требует меньшую мощность элементов схемы управления, чем регулирование изменением напряжения на всём двигателе, но при этом способе регулирования ток через обмотку якоря не управляется, из-за этого даже при малом крутящем моменте большой ток через обмотку якоря будет нагревать обмотку якоря, что может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. Возможно применение для регулирования крутящего момента в небольших пределах от номинального крутящего момента.

Управление двигателем осуществляется по току в обмотке двигателя, который пропорционален напряжению, приложенному к этой обмотке. Реакцию двигателя на данное напряжение при определённом внешнем моменте можно увидеть на соответствующей регулировочной характеристике. Регулировочная характеристика показывает скорость, которую двигатель достигнет в установившемся режиме.

Достоинства и недостатки ДПТ

Достоинства:

• Простота устройства и управления
• Практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя
• Легко регулировать частоту вращения.
• Хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент).

Недостатки:

• Необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов
• Ограниченный срок службы из-за износа коллектора

См. также

• Электротехника
• Электродвигатель
• Вентильный электродвигатель
• Универсальный коллекторный двигатель
• Машина постоянного тока
• Электрические машины

Ссылки

• Исполнительные двигатели и тахогенераторы постоянного тока
• Первые конструкции электродвигателей постоянного тока
• Описание электродвигателей постоянного тока (постоянно обновляется база)
• http://www. unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
• http://uiits.miem.edu.ru/Falk/Book 2006/book/part5/part5_7.html 5.7. Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока
• http://mdra.narod.ru/Konstru.htm Упрощённая модель двигателя постоянного тока
• http://vsedvigateli.narod.ru/2/electr/post/post.htm#принцип Двигатель постоянного тока
• http://engines-history.ru/foto/dvigatel-postojannogo-toka/pic_2.html Двигатель постоянного тока
• http://www.ukrsmb.info/avl.html Двигатели и генераторы (машины) многоконтурные постоянного тока
• http://kazakiy.h21.ru/elektra07.html Рис.85. Принцип работы двигателя постоянного тока.
• http://bel-elmash.ru/principle.php Электродвигатели постоянного тока — принцип действия и устройство
• http://www.krugosvet.ru/articles/12/1001268/1001268a1.htm Электромашинные генераторы и электродвигатели
• http://www.slovopedia.com/14/221/1021403.html Электромашинные генераторы и электродвигатели: электродвигатели постоянного тока
• http://www. diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=ru&base=colier&page=showid&id=11949 Электромашинные генераторы и электродвигатели: электродвигатели постоянного тока
• http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/091/909.htm Электродвигатель постоянного тока.
• http://www.physel.ru/content/view/503/44/ % 172. Электродвигатели постоянного тока.

Двигатели переменного тока и постоянного тока: в чем разница?

Электродвигатели — это машины, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическую. Хотя они доступны во многих вариантах, их можно разделить на две основные категории: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока.

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока имеют одинаковую функцию; то есть преобразовывать электрическую энергию в механическую. Однако при выборе двигателя важно знать разницу между двигателями переменного и постоянного тока, поскольку каждый из них имеет разные требования к конструкции, питанию и управлению. В следующей статье обсуждаются различия между двумя типами двигателей, включая основные конструктивные и рабочие характеристики, преимущества и области применения. Купить электрический двигатель можно на сайте https://psnab.ru

Обзор двигателей переменного тока

Как следует из названия, двигатели переменного тока используют переменный ток (AC) для выработки механической энергии. Стандартная конструкция состоит из статора с обмоткой, встроенной по окружности, и свободно вращающейся металлической части (т. е. ротора) в центре.

Когда ток подается на обмотки статора в двигателе переменного тока, создается вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует электрический ток внутри электропроводного ротора и, следовательно, образует второе вращающееся магнитное поле. Взаимодействие между первым магнитным полем и вторым магнитным полем заставляет вращаться ротор.

При выборе электродвигателя переменного тока для применения необходимо учитывать два критических фактора:

• Рабочая скорость (в оборотах в минуту): максимальная скорость, которую может достичь двигатель, рассчитывается по следующей формуле: (60 x частота сети переменного тока в Гц) ÷ количество полюсов двигателя
• Пусковой крутящий момент, создаваемый двигателем при запуске с нулевой скоростью.

Обзор двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока используют постоянный ток (DC) с постоянным напряжением для выработки механической энергии. Двигатели постоянного тока состоят из вращающейся обмотки якоря (т. е. Ротора) и статора возбуждения с обмотками, которые образуют набор неподвижных электромагнитов. Другой ключевой компонент двигателя постоянного тока — это коммутатор, прикрепленный к якорю.

Когда ток течет через двигатель постоянного тока, внутри статора возбуждения и вокруг обмотки якоря создается магнитное поле. Взаимодействие между этими двумя магнитными полями создает электромагнитную силу, которая заставляет якорь вращаться. Коммутатор изменяет направление тока в якорь и тем самым позволяет ему продолжать вращение, пока ток течет через систему.

Двигатели постоянного тока могут использоваться для создания различных уровней скорости и крутящего момента. Регулировка уровней напряжения, подаваемого на якорь, или статического тока возбуждения изменяет выходную скорость.

Преимущества двигателей переменного тока перед двигателями постоянного тока

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока демонстрируют уникальные преимущества, которые делают их пригодными для различных применений. Ниже мы описываем преимущества, предлагаемые обоими типами двигателей.

К преимуществам двигателей переменного тока можно отнести:

• Более низкие требования к пусковой мощности
• Лучший контроль над начальным уровнем тока и ускорением
• Более широкие возможности настройки для различных требований к конфигурации и изменения требований к скорости и крутящему моменту
• Повышенная прочность и долговечность

К преимуществам двигателей постоянного тока можно отнести:

• Более простые требования к установке и обслуживанию
• Более высокая пусковая мощность и крутящий момент
• Более быстрое время отклика на пуск / остановку и ускорение
• Более широкий выбор для различных требований к напряжению

Применение двигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока

Как указано выше, двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока подходят для различных применений. В промышленном секторе долговечность, гибкость и эффективность двигателей переменного тока делают их идеальными для использования в приложениях для широкого спектра устройств, включая бытовые приборы, компрессоры, конвейеры, вентиляторы и другое оборудование HVAC, насосы и транспортное оборудование. Более быстрое время отклика и более стабильные уровни крутящего момента и скорости, предлагаемые двигателями постоянного тока, делают их хорошо подходящими для использования в производственном и производственном оборудовании, лифтах, пылесосах и подъемно-транспортном оборудовании.

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока играют критически важную роль в производстве электроэнергии в широком спектре промышленных, коммерческих и жилых помещений. Поскольку оба типа двигателей обладают преимуществами и недостатками, важно понимать разницу между ними, чтобы выбрать подходящий для своего предприятия.

Опубликовано Фев 9, 2021

типов двигателей постоянного тока — Руководство по покупке Томаса

«DC» в двигателе постоянного тока означает «постоянный ток». Двигатель постоянного тока — это вращающаяся электрическая машина любого типа, которая преобразует этот тип электрической энергии, постоянного тока, в механическую энергию. Определение постоянного тока — это электрический ток, протекающий только в одном направлении. Наиболее популярные типы двигателей постоянного тока полагаются на силы, создаваемые магнитными полями. Почти все типы двигателей постоянного тока имеют внутренний механизм, электромеханический или электронный, для регулярного изменения направления тока в части двигателя.

Первым типом широко используемых двигателей были двигатели постоянного тока, поскольку постоянный ток был первой формой электрической энергии. Скорость двигателя постоянного тока можно регулировать в широком диапазоне, используя либо переменное напряжение питания, либо изменение силы тока в его обмотках возбуждения. Некоторыми приложениями небольших двигателей постоянного тока являются инструменты, игрушки и бытовая техника. Большие двигатели постоянного тока управляют электромобилями, лифтами и подъемниками. Растущая популярность силовой электроники привела к замене двигателей постоянного тока двигателями переменного тока во многих приложениях.

Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами или двигатели постоянного тока с постоянными магнитами используют постоянные магниты для создания магнитного поля. У них отличный пусковой крутящий момент и четкая регулировка скорости, но крутящий момент ограничен, поэтому они обычно используются в устройствах с малой мощностью.

Двигатели постоянного тока с обмоткой серии

Двигатели постоянного тока серии

или двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой имеют обмотку возбуждения с несколькими витками большого провода, по которому проходит полный ток якоря. Как правило, двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением имеют большой пусковой момент, но не могут контролировать свою скорость, а работа без нагрузки приводит к их повреждению. Эти ограничения означают, что если требуется привод с регулируемой скоростью, он не является надежным вариантом.

Шунтирующие двигатели постоянного тока

Шунтирующие двигатели постоянного тока имеют поле, подключенное параллельно обмоткам якоря. «Шунт» — еще один термин для этого поля. Эти двигатели имеют высокоскоростное регулирование, поскольку шунтирующее поле может возбуждаться отдельно от обмоток якоря, что также обеспечивает упрощенное реверсивное управление. Существуют длинные и короткие шунтирующие двигатели постоянного тока. Если шунтирующая обмотка возбуждения параллельна обмотке якоря, но не последовательной обмотке возбуждения, то это называется коротким шунтирующим двигателем постоянного тока. Если шунтирующая обмотка возбуждения параллельна обеим обмоткам, то это называется длинным шунтирующим двигателем постоянного тока.

Составные двигатели постоянного тока

Комбинированные двигатели постоянного тока, как и шунтирующие двигатели постоянного тока, имеют шунтирующее поле с независимым возбуждением. Двигатель соединяет якорь и обмотки возбуждения в параллельной и последовательной комбинации, что придает ему характеристики как параллельного, так и последовательного двигателя постоянного тока. Составные двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой момент, но могут возникнуть проблемы с управлением в приводах с регулируемой скоростью. Двигатель подключается двумя способами: кумулятивно и дифференциально. Накопительные составные двигатели присоединяют последовательное поле к шунтирующему полю, что вызывает более высокий пусковой момент, но меньшее регулирование скорости. Дифференциальные составные двигатели постоянного тока имеют высокоскоростное регулирование и обычно работают с постоянной скоростью.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока

имеют один или несколько постоянных магнитов в роторе и электромагниты на корпусе двигателя для статора. Контроллер двигателя изменяет постоянный ток на переменный. Эта конструкция избавляет от сложности передачи мощности снаружи двигателя на вращающийся ротор. Контроллер двигателя определяет положение ротора с помощью датчиков и может точно контролировать синхронизацию и фазу тока в обмотках ротора для оптимизации крутящего момента, сохранения мощности, регулирования скорости и торможения. Бесщеточные двигатели имеют длительный срок службы, практически не требуют технического обслуживания и обладают высокой эффективностью. У них есть некоторые недостатки, в том числе их высокая начальная стоимость и более сложные регуляторы скорости двигателя.

Резюме

В этой статье представлено понимание типов двигателей постоянного тока. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Другие товары для двигателей

• Все о бесщеточных двигателях постоянного тока: что это такое и как они работают
• Все о двигателях с постоянными магнитами — что это такое и как они работают
• Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии — что это такое и как они работают
• Все о шунтирующих двигателях постоянного тока: что это такое и как они работают
• Все о шаговых двигателях — что это такое и как они работают

Шаговые двигатели

• и серводвигатели — в чем разница?
• Все о контроллерах двигателей переменного тока — что это такое и как они работают
• Синхронные двигатели и асинхронные двигатели — в чем разница?

Бесщеточные двигатели

• и щеточные двигатели — в чем разница?
• Кто изобрел паровой двигатель? Урок промышленной истории
• Все о двигателях с электронным управлением: что это такое и как они работают

Двигатели постоянного тока

• и серводвигатели — в чем разница?

Шаговые двигатели

• и двигатели постоянного тока — в чем разница?
• Все о контроллерах серводвигателей — что это такое и как они работают
• Что такое трехфазный двигатель и как он работает?
• ECM Motors и PSC Motors — в чем разница?
• Все о устройствах плавного пуска двигателей — что это такое и как они работают
• Все о контроллерах двигателей постоянного тока — что это такое и как они работают
• Основы тестирования двигателя (и ротора)
• Что такое штамповка двигателя и как это работает?
• Все о двигателях с дробной мощностью

Прочие «Типы» изделий

• Типы кримперов — Руководство для покупателей ThomasNet
• Типы датчиков температуры
• Типы розеток
• Три типа медицинских покрытий
• Типы пружин — Руководство по покупке Томаса
• Типы защитных перчаток
• Типы ограждений — Руководство для покупателей ThomasNet
• Типы уплотнительного оборудования — руководство по покупке Томаса
• Прототипы в электронике, компьютерном программном обеспечении и вычислительной технике
• Типы электрощеток
• Типы помех в электроснабжении
• Типы грузовиков и тележек — Руководство по покупке Томаса
• Типы клеев для аэрокосмической отрасли — Руководство для покупателей ThomasNet
• Пластиковые прототипы печатных плат
• Типы пускателей двигателей
• Типы систем сбора данных — руководство по покупке ThomasNet
• Типы чистых помещений — руководство для покупателей ThomasNet
• Типы тиристоров — Руководство для покупателей ThomasNet
• Типы светильников
• Типы изоляции — Руководство по покупке Томаса

Больше из Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Руководство для инженеров по малогабаритным двигателям переменного и постоянного тока

Время прочтения: 6 мин.

Хотя электрические двигатели используются в самых разных областях, их основная функция остается неизменной — преобразовывать электрическую энергию в механическую. В многочисленных статьях освещаются характеристики каждого уникального двигателя, представленного на рынке, но их можно упростить до двух основных категорий: двигатели переменного тока (переменного тока) и двигатели постоянного тока (постоянного тока).

У каждого типа есть свои плюсы и минусы, и эта статья призвана дать вам четкое представление о том, как двигатель переменного или постоянного тока лучше всего подходит для вашего приложения. Давайте рассмотрим способы, которыми каждый из них преобразует электрическую энергию, различия в их конструкции и лучшие варианты использования для каждого типа.

Мощность

Очевидная разница между двумя типами двигателей заключается в мощности, от которой они работают.

При переменном или переменном токе напряжение меняется на противоположное каждые полпериода, что, в свою очередь, меняет направление тока. Это делается путем чередования полярности на каждом конце провода. Итак, если вы возьмете американский стандарт питания 120 В / 60 Гц, в секунду будет примерно 120 полупериодов.

При постоянном или постоянном токе ток должен оставаться в одном направлении (от положительного к отрицательному), поэтому напряжение должно оставаться постоянным, чтобы поддерживать постоянный ток. Вы можете думать об электричестве постоянного тока как о батарее с четко обозначенными отрицательными и положительными клеммами.

Электроэнергия переменного тока для двигателей

Внутри провода, использующего электричество переменного тока, электроны не движутся с постоянной скоростью в одном направлении, как при постоянном колыбель).

Переменный ток используется для систем распределения электроэнергии (электроснабжение вашего дома/офиса) по той простой причине, что передача энергии намного эффективнее при более высоких напряжениях, а в прошлом трансформаторы переменного тока значительно превосходили преобразователи постоянного напряжения. Однако достижения в области силовой электроники сделали высоковольтный постоянный ток (HVDC) новой тенденцией. Почему трансформаторы переменного тока предпочтительнее? Поскольку «покачивание» электронов взад-вперед создает электрическое поле, можно использовать трансформатор для повышения напряжения и поддержания относительно низкого тока. 92.

Какое отношение все это имеет к двигателю переменного тока? Ну, в основном, двигатели переменного тока отлично подходят для приложений, требующих небольшой точности, таких как блендер или стиральная машина. Это объекты, которые вам нужно запустить, и они могут увеличивать или уменьшать скорость, но разница между 400 об/мин и 420 об/мин, вероятно, не критична.

Электроэнергия постоянного тока для двигателей

Двигатели постоянного тока, с другой стороны, требуют точности и стабильности, поскольку питание этих двигателей постоянным током осуществляется при постоянном напряжении. Электроны внутри провода могут двигаться только в одном направлении, и обычно они делают это с постоянной скоростью.

Опять же, это похоже на то, как батарейка типа АА будет постоянно давать вашей электронике питание 1,5 В (исключая потери) до тех пор, пока она не сдохнет. Это лучше, когда у вас есть чувствительные схемы / печатные платы или электроника, которым требуется постоянный источник энергии для правильной работы, например, ноутбук.

Но подождите, если мой дом питается переменным током, а для моего продукта требуется питание постоянного тока, что мне делать?! Большинство электронных устройств имеют преобразователь переменного тока в постоянный. Это то, что блок на шнуре питания для вашего ноутбука.

На самом деле, вы можете поблагодарить конвертер на швейной машине за то, что он вдохновил вас на название группы AC/DC. С двигателем постоянного тока вы можете просто контролировать скорость, регулируя напряжение, поскольку скорость пропорциональна напряжению, приложенному к якорю.

Конструкция

Несмотря на то, что принцип работы двигателей переменного и постоянного тока одинаков (одно магнитное поле следует за другим магнитным полем), и их внешние отличия могут быть незначительными, внутри есть некоторые фундаментальные различия, которые делают их уникальными. . Пока вы читаете следующую информацию, имейте в виду, что разница определяется их входом и выходом: двигатели переменного тока потребляют переменное напряжение для повышения эффективности и мощности, а двигатели постоянного тока поддерживают постоянное напряжение для стабильности.

Двигатель переменного тока Модель

Двигатели переменного тока очень просты, поскольку всю работу выполняет переменный ток. Подавая ток через стационарную обмотку в кожухе, окружающем вал, вы создаете переменное магнитное поле, которое индуцирует ток на валу или роторе. Это, наоборот, создает магнитное поле, которое постоянно пытается выровняться с магнитным полем стационарной обмотки, в свою очередь заставляя вал вращаться.

Таким образом, их скорость связана с величиной проскальзывания или отставания их магнитных полей, пытающихся наверстать упущенное, что определяется конструкцией двигателя.

Помните, что электричество переменного тока переходит от «положительного напряжения» к 0 и затем к «отрицательному напряжению» с удвоенной частотой (Гц) каждую секунду. Это означает, что при стандарте США 60 Гц ток меняет направление 120 раз в секунду.

Простота двигателей переменного тока делает их долговечными и значительно снижает вероятность механической ошибки. Однако их пусковые токи обычно в шесть-девять раз превышают ток в установившемся режиме. Сочетание эффективности и длительного срока годности делает их популярными для приложений, где вы не хотите слишком больших потерь энергии и не хотите постоянно заменять двигатель (например, стиральные машины). Тем не менее, я настолько зависим от своей стиральной машины, что, вероятно, буду платить каждый год за новую, если она сломается — не говорите LG!

Конструкция двигателя постоянного тока

Поскольку двигателям неизбежно требуется вращающееся магнитное поле, а постоянный ток создает постоянное магнитное поле, их конструкция немного сложнее. Возвращаясь к примеру с батареей, который мы использовали ранее, мы хотим, чтобы батарея снабжала нашу печатную плату стабильным напряжением 1,5 В вместо безумного переключения с +1,5 на -1,5 В сотни раз в секунду, которое дает нам питание переменного тока. Таким же образом, чтобы двигатель постоянного тока мог преобразовывать подаваемое на него постоянное напряжение, нам нужна конструкция двигателя, которая будет точно преобразовывать это напряжение в механическую энергию.

Для этого нам нужно сначала реализовать некоторые механические функции для создания вращающегося магнитного поля, которое приводит в движение двигатель. Опять же, это было легко с двигателями переменного тока, потому что мощность переменного тока естественным образом колеблется взад и вперед, что изменяет магнитное поле. При постоянном токе магнитное поле останется прежним.

Итак, в противовес, у нас есть несколько вращающихся катушек в центре двигателя постоянного тока, которые подключены к «коммутатору». Коммутатор контактирует со стационарными «щетками» противоположной полярности именно в тот момент, когда ему необходимо изменить направление тока для вращения вала.

Это может быть очевидно, но основным недостатком здесь является потеря эффективности из-за трения, вызванного контактом между коллектором и щетками. Потеря эффективности уходит в виде тепла, а иногда и искр при перегрузке мотора.

Функция

Если вам надоело читать все технические подробности, и вы действительно заботитесь о том, какой двигатель лучше всего подходит для ваших нужд, краткий ответ заключается в том, что все сводится к вашему конкретному применению. В качестве краткого ответа, вот основной список плюсов и минусов для каждого типа двигателя:

Преимущества двигателей переменного тока

• Как правило, более эффективны
• Более длительный срок службы и меньше шансов отказа
• Выделяет меньше тепла или офисная розетка, без преобразователя

Недостатки двигателей переменного тока

• Высокий пусковой ток
• Несколько громоздкий
• Непрактично для портативных устройств
• Преимущества двигателей постоянного тока
• Низкие электромагнитные помехи (отлично подходит для чувствительных электронных устройств)
• Стабильность для печатных плат и чувствительной электроники
• Вы можете работать от батареи
• Лучшее управление скоростью

Недостатки двигателей постоянного тока

• Как правило, более дорогой
• Менее эффективный
• Более высокая вероятность отказа (щеточный тип)

Основные выводы

На самом деле, в вашей конструкции, скорее всего, будет несколько факторов, которые будут управлять выбранным вами типом двигателя. Если вы используете печатные платы, батареи и вам требуется точная настройка регуляторов скорости, вам подойдет двигатель постоянного тока. Если вы стремитесь к высокой мощности, эффективности, долговечности и можете подключить свой продукт к настенной розетке, двигатель переменного тока поможет вам.

Что такое двигатель постоянного тока? (с картинками)

`;

Двигатель постоянного тока (DC) представляет собой довольно простой электродвигатель, который использует электричество и магнитное поле для создания крутящего момента, который заставляет его вращаться. В самом простом случае для этого требуются два магнита противоположной полярности и электрическая катушка, которая действует как электромагнит. Отталкивающие и притягивающие электромагнитные силы магнитов создают крутящий момент, который заставляет двигатель вращаться.

Любой, кто когда-либо играл с магнитами, знает, что они поляризованы, имеют положительную и отрицательную стороны. Притяжение между противоположными полюсами и отталкивание одноименных полюсов можно легко почувствовать даже при относительно слабых магнитах. Двигатель постоянного тока использует эти свойства для преобразования электричества в движение. Поскольку магниты внутри двигателя притягиваются и отталкиваются друг от друга, двигатель вращается.

Для двигателя постоянного тока требуется по крайней мере один электромагнит, который переключает ток при вращении двигателя, меняя его полярность, чтобы он продолжал работать. Другой магнит или магниты могут быть либо постоянными магнитами, либо другими электромагнитами. Часто электромагнит располагается в центре двигателя и вращается внутри постоянных магнитов, но такое расположение не требуется.

Чтобы представить себе простой двигатель постоянного тока, человек может представить себе колесо, разделенное на две половины между двумя магнитами. Колесо в этом примере является электромагнитом. Два внешних магнита являются постоянными, один положительный и один отрицательный. В этом примере левый магнит заряжен отрицательно, а правый магнит заряжен положительно.

Электрический ток подается на витки проволоки на колесе внутри двигателя и вызывает магнитную силу. Чтобы двигатель вращался, колесо должно быть заряжено отрицательно со стороны отрицательного постоянного магнита и положительно заряжено со стороны постоянного положительного магнита. Поскольку одинаковые заряды отталкиваются, а противоположные притягиваются, колесо будет вращаться так, что его отрицательная сторона будет катиться вправо, где находится положительный постоянный магнит, а положительная сторона колеса будет катиться влево, где находится отрицательный постоянный магнит. Магнитная сила заставляет колесо вращаться, и это движение можно использовать для совершения работы.

Когда стороны колеса достигают места наибольшего притяжения, электрический ток переключается, заставляя колесо менять полярность. Сторона, которая была положительной, становится отрицательной, а сторона, которая была отрицательной, становится положительной. Магнитные силы снова не выровнены, и колесо продолжает вращаться. Когда двигатель вращается, он постоянно изменяет поток электричества на внутреннее колесо, поэтому магнитные силы продолжают заставлять колесо вращаться.

Двигатели постоянного тока

используются для различных целей, включая электрические бритвы, окна электромобилей и автомобили с дистанционным управлением.