Kas yra nuolatinės srovės variklis

Šiuolaikinėje pramonėje ir gyvenime, nors mes nematome variklių, mes su jais elgiamės kiekvieną dieną, o „DC Motors" yra klasikingiausi ir dažniausiai. Nesvarbu, ar tai jūsų namų elektrinis ventiliatorius, vaikų žaislai, automobilių valytuvai ar net elektros šaltinis už automatinės robotinės rankos, jį gali varo nuolatinės srovės variklis.

 

Taigi, kas yra nuolatinės srovės variklis? Paprasčiau tariant, tai yra prietaisas, kuris DC elektrinę energiją paverčia mechanine energija. Nors „DC Motors" istoriją galima atsekti XIX amžiuje, „The Times" jos nepašalino. Vietoj to, jis ir toliau veikia mažų diskų laukuose ir didelio tikslumo valdymo srityse. Kuriant elektroninę valdymo technologiją, nuolatinės srovės variklių tipai yra nuolat praturtinami, pavyzdžiui, šepečius DC variklius, be šepetėlių DC variklius, „CoreSeles DC" variklius, pavarų variklius ir kt. Skirtingi tipai yra tinkami skirtingiems scenarijams ir įrangai.

 

Šiame straipsnyje mes apžvelgsime jus principus, struktūras ir klasifikacijas, kad galėtume visiškai suprasti DC variklių darbo mechanizmą ir taikymo scenarijus, padėdami greitai pradėti nuo šio svarbaus elektromechaninio produkto.

 

 

Kaip veikia nuolatinės srovės varikliai: Kaip magnetiniai laukai ir srovės sukelia sukimąsi?

Norėdami suprasti DC variklio veikimo principą, mes galime jį apibendrinti vienu sakiniu: srovė teka per vielą, viela yra veikiama magnetiniame lauke, todėl rotorius sukelia pasukti.

 

Kitaip tariant, nuolatinės srovės variklis yra tarsi „energijos konvertavimo gamykla": jis gauna nuolatinės srovės galią iš maitinimo šaltinio, o po to sukuria elektromagnetinį sukimo momentą per vidinę armatūros apviją po magnetinio lauko veikimu ir taip paskatino mechaninę dalį pasukti.

 

Darbo principo schema

 

Kodėl jis gali sukti? Principas iš tikrųjų kyla iš „kairiosios pusės taisyklės"

Kai srovė praeis per laidą magnetiniame lauke, viela bus veikiama jėgos, statmenos srovės ir magnetinio lauko krypčiai. Tai yra garsioji „ampero jėga". Norėdami nustatyti jėgos kryptį, galite naudoti „kairiosios rankos taisyklę".

 

DC variklyje ši jėga veikia ant kelių armatūros ritinių, galiausiai suartėjusi į nuolatinę sukimosi jėgą.

 

Komutatorius: nuolatinio pasukimo raktas

Tačiau yra problema: jei ritė visada laikosi vienos krypties magnetiniame lauke, variklis sustos po pusės posūkio. Norint išspręsti šią problemą, prie DC variklio - komutatoriaus - labai kritinis įrenginys.

 

Komutatorius nuolat keičia srovės kryptį rotacijos metu, kad ritė visada būtų priversta ta pačia kryptimi magnetiniame lauke, taip pasiekiant nuolatinį sukimąsi.

 

Ši paprasta ir efektyvi struktūra yra viena iš svarbių priežasčių, kodėl DC varikliai yra plačiai naudojami. Jei norite sužinoti daugiau: kodėl dabartinis ir magnetinis laukas sukuria sukimo momentą? Kaip komutatorius iš tikrųjų pasiekia komutaciją? Kaip armatūros jėgos procesas pasiekia nuolatinį išvestį? Tada galite perskaityti šį straipsnį "DC variklių veikimo principas: nuostabus magnetinio lauko ir srovės derinys"

 

 

Iš ko pagamintas nuolatinės srovės variklis? Leiskite man parodyti jums pagrindinius komponentus

Nors yra daugybė nuolatinės srovės variklių tipų (pvz., Šepečių, be šepetėlių, nuolatinio magneto ir kt.), Jų pagrindinės struktūros yra maždaug panašios. Paimkime šepečio nuolatinės srovės variklį kaip pavyzdį, kad suprastume jo pagrindinius komponentus ir funkcijas po vieną.

 

1. Armatūra: pagrindinis elektrinės energijos konvertavimo į mechaninę energiją pobūdis

Armatūra yra besisukanti variklio dalis, paprastai sudaryta iš geležinės šerdies su vario vielos, suvyniotos aplink jį. Jis dedamas ant ritės ir, kai tiesioginė srovė praeina per armatūrą, ji sukuria sukimo momentą, veikdamas magnetinį lauką, taip priversdamas variklį sukasi.

 

Armatūra yra ir „galios išėjimo galas", ir tiesioginis elektromagnetinės jėgos laikiklis. Jo dizainas turi įtakos variklio efektyvumui ir našumui.

 

2. Komutatorius: „jungiklis", kuris įgalina nuolatinį pasukimą

Komutatorius yra prietaisas, jungiantis armatūrą ir šepetėlius, paprastai segmentinį vario žiedą. Jo funkcija yra automatiškai perjungti srovės kryptį, kai armatūra sukasi, todėl armatūra nuolat sukosi. Tai yra būtinas šepečių variklių komponentas.

 

3. Brustas: laidus tiltas

Tepimas yra pagrindinis komponentas, kuris į armatūros apviją įveda tiesioginę srovę iš išorinio maitinimo šaltinio. Įprastos medžiagos yra grafito arba metalo-grafito kompozitai. Jis kontaktuoja ir slysta su komutatoriumi, leisdamas srovei stabiliai pristatyti į besisukančią armatūrą.

 

Reikėtų pažymėti, kad šepetėliai dėvi dalis ir nusidėvės po ilgalaikio naudojimo. Juos reikia reguliariai pakeisti, o tai taip pat yra svarbi šepetėlių variklio priežiūros dalis.

 

4. Statorius: statinė dalis, sukurianti magnetinį lauką

Statorius yra nejudanti variklio dalis, atsakinga už pastovaus armatūros magnetinio lauko užtikrinimą. Statorius gali būti nuolatinis magnetas (ty nuolatinis magneto nuolatinės srovės variklis) arba varoma ritė (ty sužadinimo nuolatinės srovės variklis). Jį galima suskirstyti į skirtingus tipus pagal skirtingus magnetinio lauko generavimo būdus.

 

5. Būstas ir guoliai: struktūra ir atrama

Variklio korpusas daugiausia vaidina apsauginį ir fiksuojantį vaidmenį, o vidinis guolis užtikrina sklandų ir žemos tvarko armatūros sukimąsi, o tai yra pagrindinė struktūra, užtikrinanti variklio gyvybę ir stabilumą.

 

Santrauka: pagrindinę nuolatinės srovės variklio struktūrą sudaro: armatūra, komutatorius, šepetėliai, statorius, guoliai ir kt. Šie komponentai veikia kartu, kad elektrinės energijos pavertimas būtų mechaninė energija, o tai yra veiksmingo variklio veikimo garantija.

 

 

Kai daugelis žmonių pirmą kartą susipažins su nuolatinės srovės varikliu, jie gali pamanyti, kad tai yra tik mažas variklis, kurį galima pasukti įjungus. Bet iš tikrųjų nuolatinės srovės varikliai gali būti klasifikuojami iš kelių matmenų, tokių kaip komutacijos metodas, magnetinio lauko šaltinis, apvijos struktūra ir kt. Toliau pateikiami trys dažniausiai pasitaikantys klasifikavimo metodai:

 

Pagal komutacijos metodą:

Šeperuotas nuolatinės srovės variklis

Tai yra klasikinis nuolatinės srovės variklio tipas, turintis paprastą struktūrą ir mažą kainą. Jis perjungia srovės kryptį per mechaninį kontaktą tarp šepetėlio ir komutatoriaus, kad išlaikytų nuolatinį variklio sukimąsi.

 

Privalumai: paprasta struktūra, lengvai valdoma, maža kaina, tinkama žaislams, mažiems prietaisams ir kt.

 

Trūkumai: šepetėlius lengva dėvėti, trumpas gyvenimas, garsus operacijos triukšmas, dažna priežiūra.

 

Bestelies DC variklis

Variklis be šepetėlių pašalina šepetėlius ir komutatorių ir naudoja elektroninę valdymo sistemą komutacijai, todėl jis tampa efektyvesnis ir turi ilgesnį laiką.

 

Privalumai: didelis efektyvumas ir tylumas, ilgas gyvenimas, iš esmės be priežiūros, tinkami vidutinio ir aukščiausio lygio įrangai, tokiai kaip dronai ir elektriniai įrankiai.

 

Trūkumai: reikalingas specialus valdiklis, brangiai kainuoja, sudėtinga valdymo sistema

 

Pagal magnetinio lauko šaltinį:

Nuolatinis magneto nuolatinės srovės variklis (PMDC variklis)

Nuolatiniai magnetai naudojami lauko apvijimui pakeisti, kad būtų sukurtas magnetinis laukas. Jie turi kompaktišką struktūrą ir greitą atsaką. Jie dažniausiai naudojami elektrinėse transporto priemonėse, automatinėse duryse, robotuose ir kt. Jie gali būti šepetėliai arba be šepetėlių.

 

Privalumai: paprasta struktūra, mažas dydis, didelis efektyvumas, greitas dinaminis atsakas

 

Trūkumai: magnetinio lauko stiprumo negalima pakoreguoti, o viršutinę galios ribą riboja magnetinė medžiaga.

 

Susijaudinęs DC variklis

Magnetinį lauką sukuria elektromagnetinė ritė (sužadinimo apvija), kurią galima suskirstyti į serijos sužadinimą, lygiagrečiai sužadinimą, sudėtinį sužadinimą ir tt. Tai tinka pramoninei įrangai, kuriai reikalingas didelis pradinis sukimo momentas arba plataus greičio reguliavimo diapazonas.

 

Privalumai: reguliuojamas magnetinis laukas, stiprus sukimo momentas, tinkamas didelės galios sąlygoms

 

Trūkumai: sudėtinga struktūra, sunkiai kontroliuojama, santykinai didelis dydis

 

Pagal apvijos struktūrą arba maitinimo šaltinio fazių skaičių (dažniausiai naudojamas varikliams be šepetėlių):

Variklio „fazės numeris" reiškia kanalų, per kuriuos srovė praeina per apviją, skaičių. Įprasti tipai yra vienfazė, dviejų fazių ir trijų fazių. Ši klasifikacija yra ypač svarbi DC varikliuose be šepetėlių (BLDC), nes skirtingi fazių skaičiai daro didelę įtaką variklio veikimo stabilumui, valdymo metodams ir taikymo sritims.

 

Vienfazis be šepetėlių DC variklis

Vienos fazės varikliai turi paprasčiausią struktūrą ir paprastai reikia tik dviejų laidų. Pavaros grandinė yra maža, todėl jie dažnai naudojami mikrolygio įrenginiuose, kurių našumo reikalavimai yra žemi.

Privalumai: Paprasčiausia struktūra, maža kaina, tinkama mažo sukimo momento programoms, tokioms kaip maži ventiliatoriai ir nešiojamieji įrenginiai

 

Trūkumai: dideli sukimo momento svyravimai, ne tokie lygūs kaip kelių fazių varikliai, paleidžiant

 

Dviejų fazių be šepetėlių nuolatinės srovės variklis

Jis yra sudėtingesnis nei vienfazė, paprastai naudojant keturių laidų arba šešių laidų struktūrą, ir yra lankstesnė kontrolei. Jis panašus į „Stepper" variklio struktūrą, tačiau disko metodas yra skirtingas.

Privalumai: kompaktiška struktūra, stabilus veikimas, dažniausiai naudojamas mikrolapetuose ir medicinos instrumentuose

 

Trūkumai: Palyginti su trifaziais varikliais, vis dar yra tam tikras sukimo momento svyravimas

 

Trijų fazių be šepetėlių nuolatinės srovės variklis

Tai yra pati pagrindinė ir geriausiai veikianti variklio be šepetėlių konstrukcija rinkoje, su sklandžiu veikimu ir nuolatiniu sukimo momentu, ir ji plačiai naudojama įvairiose aukštos klasės programose.

Privalumai: Nuolatinis sukimo momentas, didelis efektyvumas, tylus veikimas, tai yra pats įprasčiausias variklio be šepetėlių tipas, plačiai naudojamas elektrinėse transporto priemonėse, elektriniuose įrankiuose, dronuose ir kt.

 

Trūkumai: Valdymo sistema yra sudėtinga, o išlaidos yra palyginti didelės

 

Skirtingi klasifikavimo metodai atskleidžia pagrindinius variklio struktūros, našumo ir taikymo skirtumus. Verta paminėti, kad šios klasifikacijos nėra viena kitos. Pvz., Variklis gali būti trijų fazių nuolatinis „Magnet DC" variklis be šepetėlio, kuris atitinka visus tris klasifikavimo matmenis. Supratimas su šiais pagrindais padės priimti vėlesnius pasirinkimo ir taikymo sprendimus.

 

 

Šiuolaikinėje inžinerijoje ir gyvenime „DC Motors" yra visur. Turint paprasto valdymo, greito atsako ir įvairių struktūrų pranašumus, nuolatinės srovės varikliai yra plačiai naudojami įvairiuose produktuose ir sistemose. Nuo buitinių prietaisų iki pramonės automatizavimo iki dronų ir medicinos įrangos, DC varikliai „įgalina" viską.

 

Toliau pateikiami keli tipiniai taikymo scenarijai, padalyti iš pramonės ar funkcijos:

1. Namų prietaisai ir kasdieniai elektroniniai prietaisai

DC varikliai dažniausiai pasitaiko mažuose buitiniuose prietaisuose. Jie yra kompaktiški ir rami, tinkami pritaikymui, kuriam reikalinga žema įtampa, maža triukšmas ir mažos išlaidos.

 

Dulkių siurbliai, plaukų džiovintuvai, maišytuvai (didelis greitis, geras stabilumas)

 

Elektriniai dantų šepetėliai, elektriniai skustuvai (naudojant šepetėlius ar be korpuso variklius)

 

Elektrinės užuolaidos, elektrinės durų spynos (žema įtampa, mažos energijos suvartojimo programos)

 

Bendrieji tipai: šepetėlis, variklis be korpuso, mažo šepetėlio nuolatinės srovės variklis

 

2. Žaislai, modeliai ir pramogų elektronika

Nuo nuotolinio valdymo automobilių iki dronų, „DC Motors" vaidina pagrindinį vaidmenį. Didelis greitis, greitas atsakas, lengvas svoris ir kompaktiškumas yra pagrindiniai tokių scenų reikalavimai.

 

Nuotolinio valdymo automobiliai ir orlaiviai (naudojant greitį ir ištvermę padidinti variklius be šepetėlių)

 

Robotai, robotinės rankos (kodavimo įrenginio DC varikliai, kuriems reikia tiksliai valdyti)

 

Įprasti tipai: be šepetėlių nuolatinės srovės variklis, nuolatinės srovės variklis su kodavimo įrenginiu, „CoreSeles" varikliu

 

3. Pramoninė automatika ir mechaninis diskas

Veikimo reikalavimai varikliams pramoninėje aplinkoje yra didesni, todėl jie turi turėti tokias savybes kaip didelis sukimo momentas, stiprus valdymas ir ilgas tarnavimas.

 

Automatizuota gamybos linija („DC Servo" variklis, kodavimo įrenginių grįžtamojo ryšio sistema)

 

Pervežimo įranga, elektrinis maudymosi strypas (nuolatinis magneto nuolatinės srovės variklis, pavarų variklio derinys)

 

CNC staklės

 

Įprasti tipai: „Servo DC" variklis, aukšto sukimo momento nuolatinės srovės variklis, variklis su reduktoriaus pavara

 

4. Transportas ir žaliosios kelionės

Žaliųjų kelionių įrankiai, tokie kaip elektriniai dviračiai, elektrinės transporto priemonės ir balansiniai dviračiai, iš esmės naudoja nuolatinės srovės variklius kaip savo galios šerdį, ypač didelio efektyvumo be šepetėlių DC variklius.

 

Elektrinis dviratis (be šepetėlių stebulės variklis)

 

Elektrinis motoroleris (24 V \/ 36 V šepetėlis be šepetėlių)

 

Išmanus balansavimo automobilis (didelis sukimo momento nuolatinės srovės variklis su valdymo sistema)

 

Bendrieji tipai: stebulės be šepetėlių variklis, 48 ​​V šepetėlis be šepetėlių, didelio efektyvumo nuolatinės srovės variklis

 

5. Medicinos prietaisai ir tiksli įranga

DC varikliai, ypač „CoreSeless" ir „Servo" varikliai, taip pat yra plačiai naudojami medicinos įrangos lauke, kuriam labai dideli reikalavimai triukšmo, tūrio ir reakcijos greičiui.

 

Infuzijos siurblys, mikro ventiliatorius (variklis be korpuso, jautrus atsakas)

 

Elektriniai chirurginiai instrumentai (didelis greitis, mažo triukšmo variklis be šepetėlių)

 

Oftalmologinio tyrimo įranga (ypač maža vibracijos servo variklis)

 

Įprasti tipai: „CoreSeles DC" varikliai, maži servo DC varikliai, be šepetėlių varikliai

 

DC varikliai buvo giliai įterpti į mūsų gyvenimą ir pramonės sistemas dėl jų lanksčios struktūros, paprastos kontrolės ir greito atsako. Nuo vaikų žaislų iki aukšto tikslumo medicinos įrangos, pradedant automatinėmis gamybos linijomis ir baigiant elektriniais kelionių įrankiais, visi pasikliauja nuolatinės srovės varikliais, kad pasiektų vairavimą ir intelektą.

 

Skirtingi taikymo scenarijai turi skirtingus DC variklių įtampos lygio reikalavimus. Norite sužinoti, kaip pasirinkti 12 V, 24 V, 36V arba 48 V pagal savo poreikius? Galite kreiptis į mūsų "DC variklio įtampos lygio analizės vadovas".