Förstå DC-motordriftlägen och

Hastighetsregleringstekniker

.

DC-motorer är allestädes närvarande maskiner som finns i en mängd olika elektronisk utrustning som används i olika applikationer.

Vanligtvis är dessa motorer utplacerade i utrustning som kräver någon form av roterande eller rörelseproducerande kontroll.Likströmsmotorer är viktiga komponenter i många eltekniska projekt.Att ha en god förståelse för DC-motordrift och motorvarvtalsreglering gör det möjligt för ingenjörer att designa applikationer som uppnår mer effektiv rörelsekontroll.

Den här artikeln kommer att ta en närmare titt på vilka typer av DC-motorer som finns tillgängliga, deras funktionssätt och hur man uppnår hastighetskontroll.

Vad är DC-motorer?

Tycka omAC-motorer, DC-motorer omvandlar också elektrisk energi till mekanisk energi.Deras funktion är motsatsen till en DC-generator som producerar en elektrisk ström.Till skillnad från växelströmsmotorer arbetar likströmsmotorer med likström – icke-sinusformad, enkelriktad ström.

Grundläggande konstruktion

Även om DC-motorer är designade på olika sätt, innehåller de alla följande grundläggande delar:

• Rotor (den del av maskinen som roterar; även känd som "armaturen")
• Stator (fältlindningarna, eller "stationär" del av motorn)
• Kommutator (kan vara borstad eller borstlös, beroende på motortyp)
• Fältmagneter (tillhandahåller det magnetiska fältet som vrider en axel ansluten till rotorn)

I praktiken fungerar DC-motorer baserat på interaktioner mellan magnetiska fält som produceras av ett roterande ankare och det hos statorn eller den fasta komponenten.

En sensorlös DC borstlös motorstyrenhet.Bild använd med tillstånd avKenzi Mudge.

Verksamhetsprincip

DC-motorer fungerar på Faradays princip om elektromagnetism som säger att en strömförande ledare upplever en kraft när den placeras i ett magnetfält.Enligt Flemings "vänsterhandsregel för elektriska motorer" är denna ledares rörelse alltid i en riktning vinkelrät mot strömmen och magnetfältet.

Matematiskt kan vi uttrycka denna kraft som F = BIL (där F är kraft, B är magnetfältet, jag står för ström och L är ledarens längd).

Typer av DC-motorer

DC-motorer delas in i olika kategorier, beroende på deras konstruktion.De vanligaste typerna inkluderar borstade eller borstlösa, permanentmagneter, serier och parallella.

Borstade och borstlösa motorer

En borstad DC-motoranvänder ett par grafit- eller kolborstar som är till för att leda eller leverera ström från ankaret.Dessa borstar hålls vanligtvis i närheten av kommutatorn.Andra användbara funktioner hos borstar i likströmsmotorer inkluderar att säkerställa gnistfri drift, styra strömriktningen under rotation och hålla kommutatorn ren.

Borstlösa DC-motorerinnehåller inga kol- eller grafitborstar.De innehåller vanligtvis en eller flera permanentmagneter som snurrar runt ett fast ankare.I stället för borstar använder borstlösa DC-motorer elektroniska kretsar för att styra rotationsriktningen och hastigheten.

Permanent magnetmotorer

Permanentmagnetmotorer består av en rötor omgiven av två motsatta permanentmagneter.Magneterna ger ett magnetfältsflöde när likström passerar, vilket gör att rotorn snurrar medurs eller moturs, beroende på polariteten.En stor fördel med denna typ av motor är att den kan arbeta med synkron hastighet med en konstant frekvens, vilket möjliggör optimal hastighetsreglering.

Serielindade DC-motorer

Seriemotorer har sin stator (vanligen gjord av kopparstänger), lindningar och fältlindningar (kopparspolar) kopplade i serie.Följaktligen är ankarströmmen och fältströmmarna lika.Hög ström flyter direkt från matningen in i fältlindningarna som är tjockare och färre än i shuntmotorer.Tjockleken på fältlindningarna ökar motorns lastbärande kapacitet och ger även kraftfulla magnetfält som ger serielikströmsmotorer ett mycket högt vridmoment.

Shunt DC-motorer

En shunt DC-motor har sitt ankar och fältlindningar parallellkopplade.På grund av parallellkopplingen får båda lindningarna samma matningsspänning, även om de exciteras separat.Shuntmotorer har vanligtvis fler varv på lindningarna än seriemotorer vilket skapar kraftfulla magnetfält under drift.Shuntmotorer kan ha utmärkt hastighetsreglering, även med varierande belastning.De saknar dock vanligtvis det höga startvridmomentet hos seriemotorer.

En motor- och hastighetskontrollkrets installerad i en miniborr.Bild använd med tillstånd avDilshan R. Jayakody

DC-motorns hastighetskontroll

Det finns tre huvudsakliga sätt att uppnå hastighetsreglering i serie DC-motorer – flödeskontroll, spänningskontroll och ankarmotståndskontroll.

1. Fluxkontrollmetod

I flödeskontrollmetoden kopplas en reostat (en typ av variabelt motstånd) i serie med fältlindningarna.Syftet med denna komponent är att öka serieresistansen i lindningarna vilket kommer att minska flödet och följaktligen öka motorns hastighet.

2. Spänningsregleringsmetod

Metoden för variabel reglering används vanligtvis i shuntlikströmsmotorer.Det finns återigen två sätt att uppnå spänningsreglering:

• Ansluta shuntfältet till en fast exciteringsspänning samtidigt som ankaret förses med olika spänningar (alias multipelspänningsstyrning)
• Variera spänningen som tillförs ankaret (alias Ward Leonard-metoden)

3. Ankarmotståndskontrollmetod

Styrningen av ankarmotståndet är baserad på principen att motorns hastighet är direkt proportionell mot bakre EMF.Så om matningsspänningen och ankarmotståndet hålls vid ett konstant värde, kommer motorns hastighet att vara direkt proportionell mot ankarströmmen.

Redigerad av Lisa