Pochopení provozních režimů stejnosměrného motoru a

Techniky regulace rychlosti

Stejnosměrné motory jsou všudypřítomné stroje, které se nacházejí v různých elektronických zařízeních používaných v různých aplikacích.

Typicky jsou tyto motory nasazeny v zařízení, které vyžaduje nějakou formu rotačního nebo pohyb vytvářejícího řízení.Stejnosměrné motory jsou nezbytnou součástí mnoha elektrotechnických projektů.Dobrá znalost provozu stejnosměrného motoru a regulace otáček motoru umožňuje inženýrům navrhovat aplikace, které dosahují účinnějšího řízení pohybu.

Tento článek se podrobně podívá na dostupné typy stejnosměrných motorů, jejich provozní režim a způsob, jak dosáhnout řízení rychlosti.

Co jsou stejnosměrné motory?

JakoAC motorystejnosměrné motory také přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii.Jejich činnost je opakem stejnosměrného generátoru, který vyrábí elektrický proud.Na rozdíl od střídavých motorů pracují stejnosměrné motory na stejnosměrný proud – nesinusový, jednosměrný výkon.

Základní konstrukce

Přestože jsou stejnosměrné motory konstruovány různými způsoby, všechny obsahují tyto základní části:

• Rotor (část stroje, která se otáčí; také známá jako „armatura“)
• Stator (polní vinutí nebo „stacionární“ část motoru)
• Komutátor (může být kartáčovaný nebo bezkomutátorový, v závislosti na typu motoru)
• Polní magnety (poskytují magnetické pole, které otáčí osou spojenou s rotorem)

V praxi stejnosměrné motory fungují na základě interakcí mezi magnetickými poli vytvářenými rotující kotvou a magnetickým polem statoru nebo pevné součásti.

Bezsenzorový DC bezkomutátorový regulátor motoru.Obrázek byl použit s laskavým svolenímKenzi Mudge.

Princip fungování

Stejnosměrné motory fungují na Faradayově principu elektromagnetismu, který říká, že vodič s proudem zakouší sílu, když je umístěn v magnetickém poli.Podle Flemingova „pravidla levé ruky pro elektromotory“ je pohyb tohoto vodiče vždy ve směru kolmém k proudu a magnetickému poli.

Matematicky můžeme tuto sílu vyjádřit jako F = BIL (kde F je síla, B je magnetické pole, I znamená proud a L je délka vodiče).

Typy stejnosměrných motorů

Stejnosměrné motory spadají do různých kategorií v závislosti na jejich konstrukci.Mezi nejběžnější typy patří kartáčovaný nebo bezkomutátorový, permanentní magnet, sériový a paralelní.

Kartáčované a bezkomutátorové motory

Kartáčovaný stejnosměrný motorvyužívá pár grafitových nebo uhlíkových kartáčů, které jsou pro vedení nebo dodávání proudu z kotvy.Tyto kartáče jsou obvykle drženy v těsné blízkosti komutátoru.Mezi další užitečné funkce kartáčů ve stejnosměrných motorech patří zajištění bezjiskrového provozu, řízení směru proudu při otáčení a udržování komutátoru v čistotě.

Bezkomutátorové stejnosměrné motoryneobsahují uhlíkové nebo grafitové kartáče.Obvykle obsahují jeden nebo více permanentních magnetů, které se točí kolem pevné kotvy.Namísto kartáčů využívají bezkomutátorové stejnosměrné motory elektronické obvody pro řízení směru otáčení a rychlosti.

Motory s permanentními magnety

Motory s permanentními magnety se skládají z rotoru obklopeného dvěma protilehlými permanentními magnety.Magnety při průchodu stejnosměrného proudu dodávají tok magnetického pole, což způsobí, že se rotor otáčí ve směru nebo proti směru hodinových ručiček, v závislosti na polaritě.Hlavní výhodou tohoto typu motoru je, že může pracovat při synchronní rychlosti s konstantní frekvencí, což umožňuje optimální regulaci rychlosti.

Sériově vinuté stejnosměrné motory

Sériové motory mají svá statorová (obvykle z měděných tyčí) vinutí a budicí vinutí (měděné cívky) zapojené do série.V důsledku toho jsou proud kotvy a budicí proudy stejné.Vysoký proud teče přímo ze zdroje do budicích vinutí, která jsou silnější a menší než u bočníkových motorů.Tloušťka budicího vinutí zvyšuje nosnost motoru a také vytváří silná magnetická pole, která dávají sériovým stejnosměrným motorům velmi vysoký točivý moment.

Boční stejnosměrné motory

Boční stejnosměrný motor má kotvu a budicí vinutí zapojeny paralelně.Díky paralelnímu zapojení dostávají obě vinutí stejné napájecí napětí, i když jsou buzena samostatně.Boční motory mají obvykle více závitů na vinutí než sériové motory, což během provozu vytváří silná magnetická pole.Boční motory mohou mít vynikající regulaci otáček, a to i při různém zatížení.Obvykle jim však chybí vysoký rozběhový moment sériových motorů.

Obvod řízení motoru a rychlosti nainstalovaný v minivrtačce.Obrázek byl použit s laskavým svolenímDilshan R. Jayakody

Řízení otáček stejnosměrného motoru

Existují tři hlavní způsoby, jak dosáhnout regulace rychlosti u sériových stejnosměrných motorů – regulace toku, regulace napětí a regulace odporu kotvy.

1. Metoda řízení toku

Při metodě řízení toku je reostat (typ proměnného odporu) zapojen do série s budicími vinutími.Účelem této součásti je zvýšit sériový odpor ve vinutí, což sníží tok a následně zvýší rychlost motoru.

2. Metoda regulace napětí

Metoda proměnlivé regulace se typicky používá u bočníkových stejnosměrných motorů.Existují opět dva způsoby, jak dosáhnout řízení regulace napětí:

• Připojení bočníkového pole k pevnému budícímu napětí při napájení kotvy různými napětími (aka řízení více napětí)
• Změna napětí dodávaného do armatury (známá jako Ward Leonardova metoda)

3. Metoda řízení odporu kotvy

Řízení odporu kotvy je založeno na principu, že otáčky motoru jsou přímo úměrné zpětnému EMF.Pokud se tedy napájecí napětí a odpor kotvy udrží na konstantní hodnotě, budou otáčky motoru přímo úměrné proudu kotvy.

Editovala Lisa