Nuo magnetinio lauko iki pasukimo: straipsnis, kad suprastumėte, kodėl sukasi nuolatinės srovės varikliai

Ankstesniame straipsnyje mes jau turėjome išankstinį supratimą apie Koks yra nuolatinės srovės variklis, kokias dalis jos pagrindinės struktūros sudaro ir platus jos taikymo sritis gyvenime ir pramonėje. Šiame straipsnyje mes išsamiau paaiškinsime „Kodėl DC variklis gali sukti ir koks jo veikimo principas".

 

Mes jau žinome, kad nuolatinės srovės variklio sukimui reikalinga elektros srovė, magnetinis laukas ir sudėtinga ritės struktūra, tačiau kaip elektra, magnetizmas ir ritės reaguoja vienas į kitą, ir kokie fiziniai įstatymai leidžia iš pažiūros nejudančiam komponentui pradėti nuolat suktis?

 

Mes paaiškinsime šias problemas po vieną iš šio turinio, todėl pradėkime.

 

 

Norėdami iš tikrųjų suprasti, kodėl „DC Motors" gali pasisukti, turime žinoti labai pagrindinį fizikos įstatymą -Ampero įstatymas.

 

Pagrindiniai elektrinių variklių principai: „Ampere" jėgos įstatymas (F=BIL)

Yra fizikos įstatymas, sakantis:

Kai srovė praeis per vielą ir ji bus magnetiniame lauke, ją veiks magnetinis laukas.

 

Šios jėgos dydį lemia tokia formulė:

F=b × i × l × sinθ

F: jėga

B: magnetinio lauko stiprumas

I: Dabartinis intensyvumas

L: vielos ilgis

θ: kampas tarp srovės krypties ir magnetinio lauko krypties

Ši jėga yra tai, ką mes dažnai vadiname „ampero jėga".

 

Tai nėra paslaptinga, kaip ir tada, kai įdėsite magnetą prie laidžios ritės, pajusite „stumimą" arba „traukiančią" jėgą, kuri yra elektros srovės ir magnetinio lauko sąveika.

 

Paprasta prasme: srovės praeina per magnetinį lauką → jėga yra taikoma vielai → Vielos judesiai

 

Tai yra variklio judėjimo pagrindas.

 

Kaip nuolatinės srovės variklis paverčia šią jėgą „nuolatiniu sukimu"?

Anksčiau sakėme, kad viela yra veikiama jėgos. Bet varikliui tai nėra viela, o ritės apvijų grupė - mes juos vadiname armatūros ritėmis, kurios yra sumontuotos ant rotoriaus, kuris gali laisvai pasisukti.

 

Srovė teka iš galios šaltinio į ritę, ritė generuoja jėgą, o rotorius pradeda suktis. Čia yra klausimas:

Jei jėga naudojama tik vieną kartą, rotorius sukasi tik vieną kartą, o paskui sustos ir ar negali nuolat suktis?

 

Taip, todėl DC variklio viduje yra labai svarbi struktūra - komutatorius.

 

Šio mažo komponento funkcija yra automatiškai perjungti srovės kryptį ritėje rotacijos metu. To pranašumas yra tas, kad nors srovė keičia kryptį, „jėgos kryptis" magnetiniame lauke išlieka pastovus, leidžiantis rotoriui toliau suktis.

 

Galite galvoti apie komutatorių kaip jungiklį, kuris „nuolat sklinda" pasukimo metu. Jis veikia su šepetėliais, kad visada būtų išlaikyta dabartinė „tekanti teisinga linkme", kad būtų išlaikytas stabilus sukimasis.

 

 

Priežastis, kodėl nuolatinės srovės variklis gali „judėti" stabiliai, yra ne tik dėl dabartinio ir magnetinio lauko, bet ir dėl koordinuoto tikslių komponentų, įskaitant „armatūros ritę", „komutatorių" ir „šepetėlius". Norėdami paprastesnio supratimo, paaiškinimas čia bus pagrįstas šepečiu DC varikliu.

 

1. Armatūros ritė: srovės „takelis"

DC variklyje armatūros ritė (dar vadinama rotoriaus apvija) yra tiesioginis ampero jėgos nešiklis. Kai srovė patenka į variklį iš išorinio maitinimo šaltinio, per šias ritinius, paskirstytas plyšiuose, jėga yra naudojama magnetiniame lauke. Kadangi ritės yra simetriškai paskirstomos ant rotoriaus, šios jėgos bendradarbiaus tarpusavyje, kad sudarytų stabilų ir subalansuotą sukimosi sukimo momentą (sukimo momentą).

 

Tai galima suprasti taip:

Kiekviena vielos dalis yra tarsi „takelis", kuriame veikia dabartinė, o magnetinis laukas veikia kaip teisėjas, kad veiktų „varomoji jėga". Kai sujungiamos kelios ritės, jos yra tarsi komanda, ritmiškai važiuojanti apskritimais ir galiausiai sukuriant nuolatinį sukimo momentą.

 

Be to, kuo daugiau armatūros ritinių, tuo sklandesnis variklis veikia ir kuo mažesnis išėjimo sukimo momento svyravimas.

 

2. Komutatorius ir šepetėliai: magas, kuris pakeičia srovę

Nepakanka, kad srovė tekėtų per ritę - kad armatūra būtų pastovi jėga ta pačia kryptimi, srovės kryptis turi būti pakeista kas pusę posūkio, o tai yra komutatoriaus darbas.

 

Komutatorius yra varinių plokščių struktūra, pritvirtinta prie veleno, palaikančių kontaktą su šepetėliais ant statoriaus. Kai rotorius sukasi, šepetėliai slenka per skirtingas vario plokštes, todėl srovė sukelia „automatinį greitį". Štai kodėl laido jėga išlieka ta pačia kryptimi net ir po to, kai ritė pasisuko pusę posūkio.

 

Kitaip tariant, komutatorius yra tarsi sistema, kuri automatiškai sureguliuoja šviesoforus, kad būtų užtikrinta, jog dabartinė „sklandžiai teka", ir palaiko sukimosi ritmą.

 

Taigi kodėl šepetėliai ir komutatoriai dažnai yra greičiausiai dėvimi dalys?

Kadangi jie yra nuolatinio kontakto ir trinties būsenoje, jie yra linkę į sparčiai ir kaitinami dideliu greičiu ir didelėmis srovėmis, o jų gyvenimo trukmė yra ribota ilgalaikio eksploatavimo metu. Todėl didelio našumo varikliuose (pvz., Besteligruose nuolatinės srovės varikliuose) žmonės naudoja elektroninę komutaciją, kad pakeistų šią konstrukcijos dalį.

 

 

DC variklis yra ne tik „pasukimas", bet ir „greitai pasukti", „smarkiai pasukti" ir net išlaikyti stabilų išėjimą esant skirtingoms apkrovoms. Taigi, kaip kontroliuojamo variklio greitis (RPM) ir sukimo momentas (sukimo momentas)? Mes galime tai suprasti iš šių aspektų:

 

1. Ryšys tarp įtampos, srovės, greičio ir sukimo momento

DC variklio išvesties charakteristikos yra glaudžiai susijusios su įvesties įtampa ir srove:

 

Įtampa lemia greitį

Remiantis prielaida, kad krovinys nesikeičia, nuolatinės srovės variklio greitis yra maždaug proporcingas įtampai.

· Įtampos sumažinimas → Greičio sumažėjimas

· Įtampos padidėjimas → Greitis padidėja

 

Srovė daro įtaką sukimo momentui

Kuo didesnė srovė, tuo stipresnė amperos jėga sukėlė per ritę, ir tuo didesnis išėjimo sukimo momentas.

· Daugiau srovės → Daugiau sukimo momento (bet taip pat labiau linkęs į viršų perkaisti)

 

Štai kodėl elektrinėms transporto priemonėms reikia didesnės srovės, kai spartėja, o srovė mažėja, kai važiuojant pastoviu greičiu.

 

2. Kaip variklis „savaime sureguliuoja" keičiant apkrovą?

Kai variklio sukelta apkrova tampa sunkesnė (kaip du žmonės, sėdintys ant elektrinio dviračio), rotoriaus judėjimas susidurs su didesniu pasipriešinimu, o greitis natūraliai mažės. Šiuo metu armatūros ritės galinė elektromotyvinė jėga sumažės, todėl didesnė srovė tekės į variklį, o tai automatiškai padidins išėjimo sukimo momentą, atsispirs apkrovai ir palaikys sukimąsi.

 

Šis „adaptyvus" mechanizmas yra viena iš priežasčių, kodėl DC varikliai yra labai praktiški.

 

3. PWM valdymas: įtampos valdymo kitimas

Esant dabartiniam variklio valdymui, maitinimo šaltinio įtampa nėra tiesiogiai koreguojama. Vietoj to, „kintamos įtampos" efektui modeliuoti naudojamas metodas, vadinamas PWM (impulsų pločio moduliacija).

 

Paprastai:

Valdiklis greitai įjungiamas ir išjungtas, leisdamas varikliui veikti aukšto dažnio „įjungimo išjungimo" perjungimo ciklu.

Pakoreguojant „įjungimo" laiko santykį (darbo ciklą), galima imituoti skirtingą vidutinę įtampą.

 

Pavyzdžiui:

50% darbo ciklas ≈ pusės įtampos tiekimas → Greitis yra maždaug pusė viso greičio

90% darbo ciklas ≈ Aukštos įtampos tiekimas → Greitis arti viso greičio

 

PWM ne tik tiksliai kontroliuoja, bet ir sumažina energijos nuostolius. Tai yra pagrindinė šiuolaikinių nuolatinės srovės variklių valdymo sistemų priemonė.

 

 

Ankstesniame turinyje mes panaudojome šepečio nuolatinį „Magnet DC" variklį kaip pavyzdį, kad paaiškintume darbo principą, tačiau iš tikrųjų „DC variklis" nėra viena struktūra. Tai gali skirtis projektavimo formose, atsižvelgiant į komutacijos metodus, magnetinio lauko šaltinius ir kt.

 

Taigi, ar šie skirtingi DC variklių tipai veikia vienodai? Kokie yra pagrindiniai skirtumai? Pažvelkime.

 

1. Šepetys ir be šepetėlių: komutacijos mechanizmų skirtumai

Šeperuotas nuolatinės srovės variklis

Komutavimo metodas: Pasinaudokite mechaniniu komutatoriumi + šepetėliu, kad atliktumėte srovės krypties pakeitimą.

Funkcijos: Paprasta struktūra, lengvai valdoma, maža kaina, tačiau šepetėlius lengva dėvėti ir joms reikia reguliariai prižiūrėti.

 

Bestelies DC variklis (BLDC)

Komutavimo metodas: elektroninis komutacija per padėties jutiklį ir valdiklį, kad nustatytų rotoriaus padėtį ir pakeistų energingą ritę.

Funkcijos: didelis efektyvumas, ilgas gyvenimas, mažas triukšmas, tinkamas scenarijams, kuriems reikalingas didelis našumas (pvz., Dronai, elektriniai įrankiai, elektrinės transporto priemonės ir kt.).

 

Pagrindinių skirtumų santrauka:

projektas	Šepečio variklis	Besteliejinis variklis
Komutavimo metodas	Mechaninis komutatorius	Elektroninė kontrolė
Priežiūros dažnis	aukštas	Žemas
Tarnavimo gyvenimas	Santykinai trumpas	Ilgiau
Kaina	Žemas	Aukštesnis
Kontrolės sunkumas	Žemas	Vidutinė iki aukšta

 

2. Nuolatinis magnetas ir sužadinimas: skirtingi magnetinio lauko šaltiniai

Nuolatinis magneto nuolatinės srovės variklis (PMDC variklis)

· Magnetinio lauko šaltinis: naudojami nuolatiniai magnetai, turintys stabilų magnetinį lauką ir kompaktišką struktūrą.

Privalumai: Mažas dydis, didelis efektyvumas, dažniausiai naudojamas mikro varikliuose, nešiojamuose įrenginiuose, elektrinėse transporto priemonėse ir kt.

Trūkumai: Magnetas turi ribotą atsparumą šilumai, o magnetinio lauko stiprumo negalima sureguliuoti.

 

Susijaudinęs DC variklis

· Magnetinio lauko šaltinis: Magnetinį lauką sukuria sužadinimo ritė, kuri gali būti serijos sužadinimas, lygiagretus sužadinimas, sudėtinis sužadinimas ir kitos struktūros.

Privalumai: Magnetinis laukas yra reguliuojamas, tinkamas pritaikymams, kuriems reikalingas didelis pradinis sukimo momentas ar kintamas greitis, pavyzdžiui, pramoninės kėlimo įranga, liftai ir kt.

Trūkumai: sudėtingesnė struktūra, didesnis tūris, šiek tiek didesnis energijos suvartojimas.

 

Magnetinio lauko skirtumo palyginimas:

projektas	Nuolatinis magneto variklis	Sužadinimo variklis
Magnetinio lauko šaltinis	Nuolatiniai magnetai	Sužadinimo ritė
Magnetinio lauko reguliavimas	Neįmanoma reguliuojama	Reguliuojamas
Kaina	Santykinai žemas	Šiek tiek aukštesnis
Taikymo scenarijus	Mažas ir nešiojamas	Pramoninė, sunki pareiga

 

Palyginimui, galima pastebėti, kad nors skirtingos DC variklių tipai skiriasi komutacijos mechanizmais ir magnetinio lauko šaltiniais, pagrindiniai jų principai yra vienodi: naudojant jėgą, veikiančią dabartiniam nešiojančiam laidininkui magnetiniame lauke, kad susidarytų sukimo momentas, ir taip skatina sukimąsi.

 

 

Šiuo metu manau, kad jūs turite visišką supratimą Koks yra nuolatinės srovės variklis ir visas procesas, kodėl DC variklis gali sukasi. Nuo fizinio principo (Ampere dėsnio) iki koordinuoto pagrindinių komponentų (armatūros ritės, komutatoriaus, šepetėlio) darbų iki įvairių variklių tipų darbo mechanizmų skirtumų (šepetėlis\/šepetėlis, nuolatinis magnetas\/sužadinimas), galima sakyti, kad DC varikliai yra technologija, kuri „atrodo, kad„ paprastas, bet yra sudėtingas dizainas ".

 

 

Jei ieškote efektyvaus ir patikimo nuolatinės srovės variklio savo projektui, kodėl gi nesikreipdami į mus - VSD DC Motor Gamintojas.

Mes sutelkiame dėmesį į įvairių nuolatinės srovės variklių projektavimą ir pritaikymą, dengiantį šepetėlį, be šepetėlių, nuolatinį magnetą, pavarą, elektroninę valdymą ir kitas serijas, kurios yra plačiai naudojamos išmaniųjų namų prietaisuose, robotuose, automatizavimo įrangoje, medicininiu tikslumu ir kitais laukais.

 

Mūsų pranašumai:

Palaikykite pritaikytą plėtrą ir mažų partijų bandymų gamybą

Turėti nepriklausomą patentų technologiją ir griežtą kokybės sertifikatą

Aptarnavo klientus daugelyje pasaulio šalių

 

Nedvejodami susisiekite su mumis dėl produkto vadovų ar techninių patarimų. Tai palengvins jūsų variklio pasirinkimą ir jūsų projektą efektyvesnį!