Od magnetskog polja do rotacije: članak za razumijevanje zašto se DC motori okreću

U prethodnom smo članku već imali preliminarno razumijevanjeKakav je DC motor, od kojih se dijelovi sastoji od njegove osnovne strukture i širokog raspona primjena u životu i industriji. U ovom ćemo članku detaljnije objasniti "zašto se DC motor može okretati i što je njegov princip rada".

 

Već znamo da rotacija istosmjernog motora zahtijeva električnu struju, magnetsko polje i složenu strukturu zavojnice, ali kako električna energija, magnetizam i zavojnice reagiraju jedni na druge, a koji fizički zakoni dopuštaju da se naizgled stacionarna komponenta počne kontinuirano okretati?

 

Objasnit ćemo ove probleme jedan po jedan u sljedećem sadržaju, pa krenimo.

 

 

Da bismo istinski razumjeli zašto se DC motori mogu okretati, moramo znati vrlo osnovni zakon fizike -Amperov zakon.

 

Osnovni principi električnih motora: Amperov zakon o silama (f=bil)

Postoji zakon u fizici koji kaže:

Kad struja prođe kroz žicu i ona je u magnetskom polju, na nju će djelovati magnetsko polje.

 

Jačina ove sile određuje se sljedećom formulom:

F=b × i × l × sinθ

F: sila

B: Snaga magnetskog polja

I: intenzitet struje

L: duljina žice

θ: kut između smjera struje i smjera magnetskog polja

Ova sila je ono što često nazivamo "ampere silom".

 

Nije tajanstveno, baš kao što stavite magnet blizu provodljive zavojnice, osjetit ćete "guranje" ili "povlačenje" sile, što je interakcija između električne struje i magnetskog polja.

 

Jednostavno rečeno: struja prolazi kroz magnetsko polje → Sila se primjenjuje na žicu → Žica se pomiče

 

To je osnova za pomicanje motora.

 

Kako DC motor pretvara tu silu u "kontinuiranu rotaciju"?

Ranije smo rekli da je žica podvrgnuta sili. Ali u motoru to nije žica, već skupina namota zavojnice - nazivamo ih armaturnim zavojnicama, koje su ugrađene na rotor koji se mogu slobodno okretati.

 

Struja teče iz izvora napajanja u zavojnicu, zavojnica stvara silu, a rotor se počinje okretati. Evo pitanja:

Ako se sila nanese samo jednom, rotor će se okretati samo jednom, a zatim se zaustaviti i ne može se neprestano okretati?

 

Da, tako da postoji vrlo važna struktura dizajnirana unutar DC motora - komutatora.

 

Funkcija ove male komponente je automatski prebacivanje smjera struje u zavojnici tijekom rotacije armature. Prednost u tome je što iako struja mijenja smjer, "smjer sile" u magnetskom polju ostaje dosljedan, omogućavajući rotoru da se i dalje okreće.

 

Commutator možete smatrati prekidačem koji "neprestano okreće" tijekom rotacije. Djeluje s četkicama kako bi se struja uvijek održavala "teče u pravom smjeru" kako bi se održala stabilna rotacija.

 

 

Razlog zbog kojeg se DC motor može "stabilno pomicati" nije samo zbog trenutnog i magnetskog polja, već i zbog koordiniranog rada niza preciznih komponenti u njemu, uključujući "zavojnicu armature", "Commutator" i "Brush". Radi jednostavnijeg razumijevanja, ovdje će se objašnjenje temeljiti na brušenom DC motoru.

 

1. zavojnica za armaturu: "Trag" struje

U DC motoru, zavojnica za armaturu (koja se naziva i namotaja rotora) je izravni nosač sile ampera. Kad struja uđe u motor iz vanjskog izvora napajanja, upravo se kroz ove zavojnice raspoređene u utorima, sila primjenjuje u magnetskom polju. Budući da su zavojnice simetrično raspoređene na rotoru, ove će sile međusobno surađivati ​​kako bi tvorile stabilan i uravnoteženi rotacijski zakretni moment (okretni moment).

 

Može se shvatiti na sljedeći način:

Svaki je dio žice poput "staze" u kojoj struja radi, a magnetsko polje djeluje kao sudac koji djeluje "pokretačka snaga". Kad se više zavojnica kombinira zajedno, oni su poput tima, trče u krugovima ritmički i na kraju stvaraju kontinuirani moment.

 

Osim toga, što je više zavojnica za armaturu, to je glatkiji motor i manji fluktuacija izlaznog zakretnog momenta.

 

2. Commutator i četkice: mađioničar koji poništava struju

Nije dovoljno imati struju koja teče kroz zavojnicu - kako bi se armatura držala pod konstantnom silom u istom smjeru, smjer struje mora se preokrenuti u svakom poluvremenu, a to je posao komutatora.

 

Commutator je struktura bakrenih ploča pričvršćenih na osovinu koje drže kontakt s četkicama na statoru. Dok se rotor okreće, četke se prelivaju preko različitih bakrenih ploča, uzrokujući da se struja "automatsko". Zbog toga sila na žici ostaje u istom smjeru čak i nakon što se zavojnica okrenula pola.

 

Drugim riječima, komutator je poput sustava koji automatski podešava semafore kako bi se osiguralo da trenutni "teče nesmetano" i održava rotacijski ritam.

 

Pa zašto su četke i komutatori često najbrži dijelovi nošenja?

Budući da su u stanju kontinuiranog kontakta i trenja, skloni su iskričavanju i zagrijavanju pri velikim brzinama i visokim strujama, a njihov je životni vijek ograničen dugoročnim radom. Stoga, u motorima visokih performansi (poput DC motora bez četkica), ljudi koriste elektroničku komutaciju kako bi zamijenili ovaj dio strukture.

 

 

DC motor ne radi se samo o "okretanju", već se može "brzo okrenuti", "nasilno okrenuti", pa čak i održavati stabilan izlaz pod različitim opterećenjima. Pa, kako se kontroliraju brzina (RPM) i okretni moment (okretni moment) motora? Možemo to razumjeti iz sljedećih aspekata:

 

1. Odnos između napona, struje, brzine i okretnog momenta

Izlazne karakteristike istosmjernog motora usko su povezane s ulaznim naponom i strujom:

 

Napon određuje brzinu

Pod pretpostavkom da opterećenje ostaje nepromijenjeno, brzina istosmjernog motora otprilike je proporcionalna naponu.

· Smanjenje napona → Smanjenje brzine

· Napon se povećava → Brzina se povećava

 

Struja utječe na okretni moment

Što je struja veća, to je jača sila ampera generirala kroz zavojnicu, a veća je izlazna momenta.

· Više struje → Više okretnog momenta (ali i sklonije pregrijavanju)

 

Zbog toga električna vozila zahtijevaju više struje prilikom ubrzavanja, dok se struja smanjuje kada krstare konstantnom brzinom.

 

2. Kako se motor "samoregulira" pod opterećenjem mijenja?

Kad opterećenje pokreće motor postaje teže (poput dvije osobe koje sjede na električnom biciklu), kretanje rotora naići će na veći otpor i brzina će se prirodno smanjiti. U ovom trenutku, stražnja elektromotorna sila zavojnice armature smanjit će se, uzrokujući da više struje teče u motor, što će automatski povećati izlazni okretni moment, oduprijeti se opterećenju i održavati rotaciju.

 

Ovaj "adaptivni" mehanizam jedan je od razloga zašto su DC motori vrlo praktični.

 

3. PWM kontrola: varijacija upravljanja naponom

U trenutnom upravljanju motorom, napon napajanja se ne podešava izravno. Umjesto toga, metoda koja se zove PWM (modulacija širine impulsa) koristi se za simulaciju učinka "varijabilnog napona".

 

Jednostavno:

Kontroler brzo uključi i isključuje napajanje, omogućujući motoru da radi u visokofrekventnom sklopnom ciklusu "isključivanja".

Podešavanjem vremenskog omjera "ON" (radni ciklus) mogu se simulirati različiti prosječni naponi.

 

Na primjer:

50% radnog ciklusa ≈ Pola napona napajanje → Brzina je oko polovice pune brzine

90% radnog ciklusa ≈ Povreda visokog napona → Brzina blizu pune brzine

 

PWM ne samo da ima preciznu kontrolu, već i smanjuje gubitak energije. To je temeljno sredstvo modernih DC sustava upravljanja motorom.

 

 

U prethodnom sadržaju koristili smo brušeni trajni magnet DC motor kao primjer kako bismo objasnili princip rada, ali u stvari, "DC motor" nije jedna struktura. Može se razlikovati u dizajnerskim oblicima na temelju metoda komutacije, izvora magnetskog polja itd.

 

Dakle, djeluju li ove različite vrste DC motora na isti način? Koje su ključne razlike? Pogledajmo.

 

1. Brushs vs. bez četkica: razlike u mehanizmima komutacije

Četkani istosmjerni motor

Metoda komutacije: Oslanjajte se na mehanički komutator + četkicu kako biste dovršili preokret strujnog smjera.

Značajke: Jednostavna struktura, jednostavna za kontrolu, niska cijena, ali četkice se lako nose i zahtijevaju redovito održavanje.

 

DC motor bez četkice (BLDC)

Metoda komutacije: Elektronička komutacija, kroz senzor položaja i regulator kako bi se odredio položaj rotora i promijenio energiziranu zavojnicu.

Značajke: visoka učinkovitost, dug vijek, niska buka, pogodna za scenarije koji zahtijevaju visoke performanse (poput bespilotnih letelica, električnih alata, električnih vozila itd.).

 

Sažetak jezgrenih razlika:

projekt	Četkani motor	Motor bez četkice
Metoda komutacije	Mehanički komutator	Elektronička kontrola
Frekvencija održavanja	visok	Nizak
Održavanje života	Relativno kratak	Više
koštati	Nizak	Viši
Kontroliranje poteškoća	Nizak	Srednje do visoke

 

2. Stalni magnet vs pobuda: različiti izvori magnetskog polja

Trajni magnetni istosmjerni motor (PMDC motor)

· Izvor magnetskog polja: koriste se trajni magneti, sa stabilnim magnetskim poljem i kompaktnom strukturom.

Prednosti: Mala veličina, visoka učinkovitost, obično se koristi u mikro motorima, prijenosnim uređajima, električnim vozilima itd.

Nedostaci: Magnet ima ograničenu toplinsku otpornost i jačina magnetskog polja se ne može prilagoditi.

 

Uzbuđeni DC motor

· Izvor magnetskog polja: Magnetsko polje generira se zavojnica pobuda, što može biti pobuda, paralelna pobuda, složena pobuda i druge strukture.

Prednosti: Magnetsko polje je podesivo, prikladno za primjene koje zahtijevaju veliki početni okretni moment ili promjenjivu brzinu, poput industrijske opreme za podizanje, dizala itd.

Nedostaci: složenija struktura, veći volumen, nešto veća potrošnja energije.

 

Usporedba razlika magnetskog polja:

projekt	Trajni motor magneta	Motor pobuda
Izvor magnetskog polja	Stalni magneti	Zavojnica
Prilagodljivost magnetskog polja	Nije podesiv	Podesiv
koštati	Relativno nizak	Malo više
Scenarij prijave	Mali i prijenosni	Industrijska, teška dužnost

 

Za usporedbu, može se vidjeti da, iako se različite vrste DC motora razlikuju u mehanizmima komutacije i izvorima magnetskog polja, njihovi su temeljni principi isti: korištenje sile koja se vrši na vodiču za struju u magnetskom polja da bi se formirala okretno zakretni moment, čime se pokreće rotacija.

 

 

U ovom trenutku, mislim da imate potpuno razumijevanjeKakav je DC motorI cijeli postupak zašto se DC motor može okretati. Od fizičkog principa (Ampereov zakon), do koordiniranog rada ključnih komponenti (zavojnica armature, komutatora, četkice), do razlika u radnim mehanizmima različitih vrsta motora (četkica\/bez četkica, trajni magnet\/pobuđenje), može se reći da su DC motori tehnologija koja "naizgled sadrži sofisticirani dizajn".

 

 

Ako tražite učinkovit i pouzdan istosmjerni motor za svoj projekt, zašto nas ne kontaktirati - VSD DC proizvođača motora.

Usredotočeni smo na dizajn i prilagodbu različitih DC motora, pokrivajući četkanu, bez četkica, trajni magnet, zupčanik, elektroničku kontrolu i druge serije, koje se široko koriste u pametnim kućnim aparatima, robotima, automatizacijskoj opremi, medicinskoj preciznosti i drugim poljima.

 

Naše prednosti:

Podržite prilagođeni razvoj i malu serijsku pokusnu proizvodnju

Posjedovanje neovisne tehnologije patenta i stroge certifikacije kvalitete

Služio kupcima u mnogim zemljama širom svijeta

 

Slobodno nas kontaktirajte radi priručnika za proizvod ili tehničkih savjeta. Olakšat će odabir vašeg motora i vaš projekt učinkovitije!