Od magnetnega polja do vrtenja: članek za razumevanje, zakaj se DC Motors vrtijo

V prejšnjem članku smo že imeli predhodno razumevanje Kaj je DC motor, iz katere deli svoje osnovne strukture sestavljajo in široko paleto aplikacij v življenju in industriji. V tem članku bomo podrobneje razložili, "zakaj se lahko DC motor vrti in kakšno je njegovo delovno načelo".

 

Že vemo, da vrtenje DC motorja zahteva električni tok, magnetno polje in zapleteno strukturo tuljave, toda kako se elektrika, magnetizem in tuljave odzivajo drug na drugega in kateri fizični zakoni omogočajo, da se na videz stacionarna komponenta začne neprestano vrteti?

 

Pojasnili bomo te težave ena za drugo v naslednji vsebini, zato začnimo.

 

 

Da bi resnično razumeli, zakaj se DC Motors lahko vrti, moramo vedeti zelo osnovni zakon fizike -Amperejev zakon.

 

Osnovna načela električnih motorjev: Amperejev zakon o sili (f=Bil)

V fiziki obstaja zakon, ki pravi:

Ko tok prehaja skozi žico in je v magnetnem polju, bo nanj ukrepalo z magnetno polje.

 

Obseg te sile je določena z naslednjo formulo:

F=b × i × l × sinθ

F: sila

B: Moč magnetnega polja

I: Trenutna intenzivnost

L: Dolžina žice

θ: kot med tokovno smerjo in smerjo magnetnega polja

Ta sila je tisto, čemur pogosto imenujemo "ampere sila".

 

Ni skrivnostno, tako kot ko postavite magnet blizu prevodne tuljave, boste začutili "potiskanje" ali "vlečne" sile, ki je interakcija med električnim tokom in magnetnim poljem.

 

Preprosto povedano: tok prehaja skozi magnetno polje → sila se uporablja za žico → žica se premika

 

To je osnova, da se motor premika.

 

Kako motor DC to silo spremeni v "neprekinjeno vrtenje"?

Prej smo rekli, da je žica podvržena silam. Toda v motorju to ni žica, ampak skupina navitja tuljav - imenujemo jih armaturne tuljave, ki so nameščene na rotorju, ki se lahko prosto vrti.

 

Tok teče iz vira napajanja v tuljavo, tuljava ustvarja silo in rotor se začne vrteti. Tu je vprašanje:

Če se sila nanese samo enkrat, se bo rotor vrtel samo enkrat in nato ustavil in se ne more neprestano vrteti?

 

Da, torej je zelo pomembna struktura, zasnovana znotraj DC motorja - komutatorja.

 

Funkcija te majhne komponente je samodejno preklopiti smer toka v tuljavi med vrtenjem armature. Prednost tega je, da čeprav tok spreminja smer, ostaja "smer sile" v magnetnem polju, kar omogoča, da se rotor še naprej vrti.

 

Na komutator si lahko omislite kot stikalo, ki se med vrtenjem "nenehno vrti". Deluje s ščetkami, da vedno ohranja tok "teče v pravo smer", da ohrani stabilno vrtenje.

 

 

Razlog, da se DC motor lahko stabilno "premika", ni le zaradi trenutnega in magnetnega polja, ampak tudi zaradi usklajenega dela niza natančnih komponent v njem, vključno z "armaturno tuljavo", "Commutator" in "Brush". Za enostavnejše razumevanje bo razlaga tukaj temeljila na motoričnem motorju.

 

1. armaturna tuljava: "skladba" toka

V motorju DC je armaturna tuljava (imenovana tudi vijuganje rotorja) neposredni nosilec sile ampere. Ko tok vstopi v motor iz zunanjega vira napajanja, se s temi tuljavami porazdelijo v reže, da se sila uporablja v magnetnem polju. Ker so tuljave simetrično razporejene na rotorju, bodo te sile sodelovale med seboj, da tvorijo stabilen in uravnotežen rotacijski navor (navor).

 

Lahko ga razumemo na naslednji način:

Vsak odsek žice je kot "skladba", kjer poteka tok, magnetno polje pa deluje kot sodnik, ki izvaja "gonilno silo". Kadar se več tuljav združi, so kot ekipa, ki teče v krogih ritmično in sčasoma ustvari neprekinjeni navor.

 

Poleg tega so bolj armaturne tuljave, bolj gladki motor teče in manjše je nihanje izhodnega navora.

 

2. Komutator in ščetke: čarodej, ki obrne tok

Ni dovolj, da tok teče skozi tuljavo - da bi armaturo pod konstantno silo ohranili v isti smeri, je treba smer toka obrniti na vsaki polovici zavoja, kar je delo komutatorja.

 

Komutator je struktura bakrenih plošč, pritrjenih na gred, ki ohranjajo stik s ščetkami na statorju. Ko se rotor vrti, ščetke drsijo po različnih bakrenih ploščah, zaradi česar je tok "samodejno". Zato sila na žici ostane v isti smeri, tudi potem, ko se je tuljava polovico zavoja.

 

Z drugimi besedami, komutator je podoben sistemu, ki samodejno prilagodi semaforje, da zagotovi, da trenutni "gladko teče" in vzdržuje rotacijski ritem.

 

Zakaj so torej čopiči in komutatorji pogosto najhitreje nošenje delov?

Ker so v stanju neprekinjenega stika in trenja, so nagnjeni k iskrinju in segrevanju z visokimi hitrostmi in visokimi tokovi, njihova življenjska doba pa je pri dolgoročnem delovanju omejena. Zato v visokozmogljivih motorjih (na primer brezkrtačnih DC motorjih) ljudje za nadomestitev tega dela strukture uporabljajo elektronsko komutacijo.

 

 

DC motor ne gre samo za "obračanje", lahko se tudi "hitro obrne", "silovito obrača" in celo vzdržuje stabilen izhod pod različnimi obremenitvami. Kako sta torej hitrost (RPM) in navor (navor) nadzorovanega motorja? Lahko ga razumemo iz naslednjih vidikov:

 

1. Razmerje med napetostjo, tokom, hitrostjo in navorom

Izhodne značilnosti DC motorja so tesno povezane z vhodno napetostjo in tokom:

 

Napetost določa hitrost

V predpostavki, da obremenitev ostane nespremenjena, je hitrost DC motorja približno sorazmerna z napetostjo.

· Zmanjšanje napetosti → Zmanjšanje hitrosti

· Povečanje napetosti → poveča hitrost

 

Tok vpliva na navor

Večji kot tok, močnejša je amperjeva sila, ki nastane skozi tuljavo, in večji je izhodni navor.

· Več toka → več navora (vendar tudi bolj nagnjen k pregrevanju)

 

Zato električna vozila pri pospeševanju potrebujejo več toka, medtem ko se tok zmanjšuje pri križarjenju s konstantno hitrostjo.

 

2. Kako se motor "samoregulira" pod obremenitvijo?

Ko obremenitev, ki jo poganja motor, postane težja (kot dve osebi, ki sedita na električnem kolesu), bo gibanje rotorja naletelo na večjo odpornost in hitrost se bo seveda zmanjšala. V tem času se bo zadnja elektromotivna sila armaturne tuljave zmanjšala, kar bo v motorju več toka, kar bo samodejno povečalo izhodni navor, se uprlo obremenitvi in ​​vzdržujte vrtenje.

 

Ta "prilagodljivi" mehanizem je eden od razlogov, da so DC motorji zelo praktični.

 

3. PWM nadzor: Sprememba krmiljenja napetosti

Pri trenutnem nadzoru motorja se napajalna napetost ne prilagodi neposredno. Namesto tega se za simulacijo učinka "spremenljive napetosti" uporablja metoda, imenovana PWM (modulacija širine impulzne širine).

 

Enostavno:

Krmilnik hitro vklopi in izklopi napajanje, kar omogoča, da motor deluje v visokofrekvenčnem stikalnem ciklu "On-off-off".

S prilagoditvijo časovnega razmerja "ON" (delovni cikel) je mogoče simulirati različne povprečne napetosti.

 

Na primer:

50% delovni cikel ≈ Polovična napetost → Hitrost je približno polovica polne hitrosti

90% delovni cikel ≈ Visoka napetostna oskrba → Hitrost blizu polne hitrosti

 

PWM ne samo da ima natančen nadzor, ampak tudi zmanjšuje izgubo energije. Je temeljno sredstvo sodobnih DC motoričnih sistemov.

 

 

V prejšnji vsebini smo kot primer uporabili motorični motor s trajnim magnetom za razlago načela delovnega dela, vendar v resnici "DC motor" ni ena sama struktura. V obliki oblikovanja se lahko razlikuje glede na metode komutacije, vire magnetnega polja itd.

 

Ali te različne vrste DC motorjev delujejo na enak način? Katere so ključne razlike? Oglejmo si.

 

1. Brutani proti krtači: razlike v mehanizmih za komutacijo

Brušen DC motor

Metoda komutacije: Za dokončanje preobrata toka zanašajte se na mehanski komutator + krtačo.

Značilnosti: preprosta struktura, enostavna za nadzor, nizka cena, vendar so ščetke enostavne za nošenje in zahtevajo redno vzdrževanje.

 

DC brezkrtačni motor (BLDC)

Metoda komutacije: Elektronska komutacija prek senzorja položaja in krmilnika za določitev položaja rotorja in spreminjanje energijske tuljave.

Značilnosti: visoka učinkovitost, dolga življenjska doba, nizka hrup, primeren za scenarije, ki zahtevajo visoko zmogljivost (kot so droni, električna orodja, električna vozila itd.).

 

Povzetek temeljnih razlik:

projekt	Krtačen motor	Motor brez krtača
Metoda komutacije	Mehanski komutator	Elektronski nadzor
Frekvenca vzdrževanja	visok	Nizka
Življenjsko dobo	Relativno kratek	Dlje
stroški	Nizka	Višje
Težave z nadzorom	Nizka	Srednje do visoke

 

2. Stalni magnet proti vzbujanju: različni viri magnetnega polja

Trajni motor z magnetom (PMDC Motor)

· Vir magnetnega polja: Uporabljajo se trajni magneti s stabilnim magnetnim poljem in kompaktno strukturo.

Prednosti: majhna velikost, visoka učinkovitost, ki se običajno uporablja v mikro motorjih, prenosnih napravah, električnih vozilih itd.

Slabosti: magnet ima omejeno toplotno upornost in trdnosti magnetnega polja ni mogoče prilagoditi.

 

Navdušen DC motor

· Vir magnetnega polja: Magnetno polje ustvarja vzbujevalna tuljava, ki je lahko serijsko vzbujanje, vzporedno vzbujanje, sestavljeno vzbujanje in druge strukture.

Prednosti: Magnetno polje je nastavljivo, primerno za aplikacije, ki zahtevajo velik izhodiščni navor ali spremenljivo hitrost, kot so industrijska oprema za dvigovanje, dvigala itd.

Slabosti: bolj zapletena struktura, večja volumen, nekoliko večja poraba energije.

 

Primerjava razlike v magnetnem polju:

projekt	Trajni magnetni motor	Vzbujalni motor
Vir magnetnega polja	Trajni magneti	Vzbujanje tuljave
Prilagodljivost magnetnega polja	Ni nastavljivo	Nastavljivo
stroški	Razmeroma nizko	Nekoliko višje
Scenarij prijave	Majhna in prenosna	Industrijska, težka

 

Za primerjavo je razvidno, da čeprav se različne vrste DC motorjev razlikujejo po mehanizmih komutacij in virih magnetnega polja, so njihova temeljna načela enaka: z uporabo sile, ki se izvaja na trenutnem prevozniku v magnetnem polju, da tvori navora in s tem poganja vrtenje.

 

 

V tem trenutku mislim, da popolnoma razumete Kaj je DC motor In celoten postopek, zakaj se lahko DC motor vrti. Od fizičnega načela (Amperejev zakon), do usklajenega dela ključnih komponent (armaturna tuljava, komutator, krtač), do razlik v delovnih mehanizmih različnih vrst motorjev (čopič\/brez krtače, trajno magnet\/vzbujanje), lahko rečemo, da so DC mototorji tehnologija, ki "na videz preprost," pa vsebuje sofistično oblikovanje. "

 

 

Če iščete učinkovit in zanesljiv DC motor za svoj projekt, zakaj ne bi se obrnili na nas - VSD DC proizvajalca motorjev.

Osredotočamo se na oblikovanje in prilagajanje različnih DC motorjev, ki pokrivajo brušen, brezkrtačni, trajni magnet, prestavo, elektronsko krmiljenje in druge serije, ki se pogosto uporabljajo v pametnih domačih aparatih, robotih, avtomatizaciji, medicinski natančnosti in drugih poljih.

 

Naše prednosti:

Podprite prilagojen razvoj in majhno preskusno proizvodnjo

Imeti neodvisno patentno tehnologijo in strogo potrjevanje kakovosti

Služile stranke v mnogih državah po vsem svetu

 

Prosto nas kontaktirajte za priročnike za izdelke ali tehnične nasvete. Olajšal vam bo izbiro motorja in vaš projekt bolj učinkovit!