Mikä on tasavirtamoottori

Nykyaikaisessa teollisuudessa ja elämässä, vaikka emme voi nähdä moottoreita, käsittelemme niitä päivittäin, ja tasavirtamoottorit ovat klassisimpia ja yleisimpiä moottoreita. Olipa kyseessä sitten kodin sähkötuuletin, lasten lelut, auton pyyhkijät tai jopa automaattisen robottikäsivarren virtalähde, sitä voi käyttää tasavirtamoottori.

 

Mikä siis on tasavirtamoottori? Yksinkertaisesti sanottuna se on laite, joka muuntaa tasavirtaa sähköenergiaksi mekaaniseksi energiaksi. Vaikka tasavirtamoottoreiden historia ulottuu 1800-luvulle, niitä ei ole aikakausina poistettu. Sen sijaan niitä käytetään edelleen aktiivisesti pienten käyttöjen ja tarkan ohjauksen aloilla. Elektronisen ohjaustekniikan kehittyessä tasavirtamoottorityypit rikastuvat jatkuvasti, kuten harjalliset tasavirtamoottorit, harjattomat tasavirtamoottorit, ytimettömiä tasavirtamoottoreita, vaihdemoottorit jne. Erilaiset tyypit sopivat erilaisiin tilanteisiin ja laitteisiin.

 

Tässä artikkelissa käymme läpi tasavirtamoottoreiden periaatteet, rakenteet ja luokitukset, jotta ymmärrät täysin tasavirtamoottoreiden toimintamekanismin ja käyttökohteet ja pääset nopeasti alkuun tämän tärkeän sähkömekaanisen tuotteen kanssa.

 

 

Kuinka tasavirtamoottorit toimivat: Kuinka magneettikentät ja virrat tuottavat kiertoa?

DC -moottorin toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi voimme tiivistää sen yhdessä lauseessa: Virta virtaa langan läpi, johdin altistetaan voimaan magneettikenttään, jolloin roottori pyörii.

 

Toisin sanoen DC -moottori on kuin "energian muuntamistehdas": se vastaanottaa tasavirtavirran virtalähteestä ja tuottaa sitten sähkömagneettisen vääntömomentin sisäisen ankkuri käämityksen läpi magneettikentän vaikutuksen alla, jolloin mekaaninen osa pyörii.

 

Työperiaatteen kaavio

 

Miksi se voi pyöriä? Periaate tulee itse asiassa "vasemman käden säännöstä"

Kun virta kulkee johtimen läpi magneettikentässä, johtimeen kohdistuu voima, joka on kohtisuorassa virran ja magneettikentän suuntaan nähden. Tämä on kuuluisa "ampeerivoima". Voit käyttää "vasemman käden sääntöä" voiman suunnan määrittämiseen.

 

Tasavirtamoottorissa tämä voima vaikuttaa useisiin ankkurin keloihin ja lopulta konvergoituu jatkuvaksi pyörimisvoimaksi.

 

Kommutaattori: Avain jatkuvaan pyörimiseen

Mutta on olemassa ongelma: jos kela pysyy aina yhdessä suunnassa magneettikentässä, moottori pysähtyy puolen kierroksen jälkeen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tasavirtamoottoriin lisätään erittäin tärkeä laite - kommutaattori.

 

Kommutaattori vaihtaa jatkuvasti virran suuntaa ankkurin pyörimisen aikana, jolloin kela pakotetaan aina samaan suuntaan magneettikentässä, jolloin saavutetaan jatkuva pyöriminen.

 

Tämä yksinkertainen ja tehokas rakenne on yksi tärkeimmistä syistä, miksi tasavirtamoottoreita käytetään laajalti. Jos haluat tietää lisää: Miksi virta ja magneettikenttä synnyttävät vääntömomenttia? Miten kommutaattori itse asiassa saavuttaa kommutoinnin? Miten ankkurivoimaprosessi saavuttaa jatkuvan tehon? Voit lukea tämän artikkelin "Tasavirtamoottoreiden toimintaperiaate: Magneettikentän ja virran ihmeellinen yhdistelmä"

 

 

Mistä tasavirtamoottori on tehty? Kerronpa sen tärkeimmät komponentit.

Vaikka tasavirtamoottoreita on monenlaisia ​​(kuten harjallisia, harjattomia, kestomagneettimoottorit jne.), niiden perusrakenteet ovat suunnilleen samanlaisia. Otetaan esimerkkinä harjallinen tasavirtamoottori, jotta ymmärrämme sen ydinkomponentit ja toiminnot yksi kerrallaan.

 

1. Ankkuri: Sähköenergian mekaaniseksi energiaksi muuntamisen päätehtävä

Ankkuri on moottorin pyörivä osa, joka koostuu yleensä rautasydämestä, jonka ympärille on kierretty kuparilanka. Se on sijoitettu kelalle, ja kun tasavirta kulkee ankkurin läpi, se tuottaa magneettikentän vaikutuksesta vääntömomenttia, mikä saa moottorin pyörimään.

 

Ankkuri on sekä "tehon ulostulopää" että sähkömagneettisen voiman suora kantaja. Sen rakenne vaikuttaa moottorin hyötysuhteeseen ja suorituskykyyn.

 

2. Kommutaattori: "Kytkin", joka mahdollistaa jatkuvan pyörimisen.

Kommutaattori on laite, joka yhdistää ankkurin ja harjat, yleensä segmentoitu kuparirengas. Sen tehtävänä on automaattisesti vaihtaa virran suuntaa ankkurin pyöriessä, jolloin ankkurin pyöriminen jatkuu. Se on välttämätön komponentti harjamoottoreissa.

 

3. Harja: Johtava silta

Harja on keskeinen komponentti, joka syöttää tasavirtaa ulkoisesta virtalähteestä ankkurin käämitykseen. Yleisiä materiaaleja ovat grafiitti tai metalli-grafiittikomposiitit. Se on kosketuksissa kommutaattoriin ja liukuu sen kanssa, jolloin virta kulkee vakaasti pyörivään ankkurin.

 

On huomattava, että harjat ovat kuluvia osia ja kuluvat loppuun pitkäaikaisen käytön jälkeen. Ne on vaihdettava säännöllisesti, mikä on myös tärkeä osa harjamoottorin huoltoa.

 

4. Staattori: Staattinen osa, joka tuottaa magneettikentän

Staattori on moottorin kiinteä osa, joka vastaa jatkuvan magneettikentän tarjoamisesta ankkurin rungolle. Staattori voi olla kestomagneetti (eli kestomagneetti-tasavirtamoottori) tai moottorikäämi (eli magnetointi-tasavirtamoottori). Se voidaan jakaa eri tyyppeihin magneettikentän tuottamistapojen mukaan.

 

5. Kotelo ja laakerit: rakenne ja tuki

Moottorin kotelolla on pääasiassa suojaava ja kiinnittävä rooli, kun taas sisäinen laakeri varmistaa ankkurin tasaisen ja vähäkitkaisen pyörimisen, mikä on moottorin käyttöiän ja vakauden perusrakenne.

 

Yhteenveto: Tasavirtamoottorin ydinrakenne sisältää: ankkurin, kommutaattorin, harjat, staattorin, laakerit jne. Nämä komponentit toimivat yhdessä sähköenergian muuntamiseksi mekaaniseksi energiaksi, mikä takaa moottorin tehokkaan toiminnan.

 

 

Kun monet ihmiset tuntevat ensin DC -moottorin, he saattavat ajatella, että se on vain pieni moottori, joka voidaan kääntää virtaamalla. Mutta itse asiassa tasavirtamoottorit voidaan luokitella monista ulottuvuuksista, kuten kommutointimenetelmästä, magneettikentän lähteestä, käämitysrakenteesta jne. Seuraavat ovat kolme yleisintä luokitusmenetelmää:

 

Kommutointimenetelmän mukaan:

Harjattu tasavirtamoottori

Tämä on klassisin DC -moottori, jolla on yksinkertainen rakenne ja alhaiset kustannukset. Se vaihtaa virran suunnan harjan ja kommutaattorin välisen mekaanisen kosketuksen läpi moottorin jatkuvan kierroksen ylläpitämiseksi.

 

Edut: Yksinkertainen rakenne, helppo hallita, alhaiset kustannukset, sopivat leluille, pienille laitteille jne.

 

Haitat: Harjoja on helppo käyttää, lyhyt käyttöikä, äänekäs melu, toistuva huolto.

 

Harjaton tasavirtamoottori

Harjaton moottori eliminoi harjat ja kommutaattorin ja käyttää kommutointiin elektronista ohjausjärjestelmää, mikä tekee siitä tehokkaamman ja sen käyttöiän.

 

Edut: korkea hyötysuhde ja hiljaisuus, pitkä käyttöikä, pohjimmiltaan huoltovapaa, sopii keski-lopun laitteisiin, kuten drooneihin ja sähkötyökaluihin.

 

Haitat: Vaatii erillisen ohjaimen, korkeat kustannukset, monimutkainen ohjausjärjestelmä

 

Magneettikentän lähteen mukaan:

Pysyvä magneetti DC -moottori (PMDC -moottori)

Pysyviä magneetteja käytetään kenttäkävelin korvaamiseen magneettikentän luomiseksi. Heillä on kompakti rakenne ja nopea vastaus. Niitä käytetään yleisesti sähköajoneuvoissa, automaattisissa ovissa, roboteissa jne. Ne voidaan joko harjata tai harjattomia moottoreita.

 

Edut: Yksinkertainen rakenne, pieni koko, korkea hyötysuhde, nopea dynaaminen vaste

 

Haitat: Magneettikentän lujuutta ei voida säätää, ja magneettinen materiaali rajoittaa tehon ylärajaa.

 

Innostunut DC -moottori

Magneettikenttä syntyy sähkömagneettisella kelalla (viritys käämitys), joka voidaan jakaa sarjan viritykseen, rinnakkaisvirtaukseen, yhdistelmävirheeseen jne. Se soveltuu teollisuuslaitteisiin, jotka vaativat suurta aloitusmomenttia tai laajaa nopeuden säätelyaluetta.

 

Edut: Säädettävä magneettikenttä, vahva vääntömomentti, sopii suuritehoisiin olosuhteisiin

 

Haitat: monimutkainen rakenne, vaikea hallita, suhteellisen suuri koko

 

Käämitysrakenteen tai virtalähdevaiheiden lukumäärän mukaan (enimmäkseen harjattomiin moottoreihin):

Moottorin "vaihumero" viittaa kanavien lukumäärään, joiden kautta virta kulkee käämityksen läpi. Yleisiä tyyppejä ovat yksivaiheinen, kaksivaiheinen ja kolmivaiheinen. Tämä luokittelu on erityisen tärkeä harjattomissa tasavirtamoottoreissa (BLDC), koska eri vaiheiden lukumäärillä on merkittävä vaikutus moottorin juoksun vakavuuteen, ohjausmenetelmiin ja sovellusalueisiin.

 

Yksivaiheinen harjaton tasavirtamoottori

Yksivaiheisilla moottoreilla on yksinkertaisin rakenne ja yleensä vain kaksi johtoa hallitaan. Ajopiirissä on alhaiset kustannukset, joten niitä käytetään usein mikrolaitteissa, joilla on heikko suorituskykyvaatimukset.

Edut: Yksinkertaisin rakenne, edulliset, sopivat pienille vääntömomenttisovelluksille, kuten pienet tuulettimet ja kannettavat laitteet

 

Haitat: suuret vääntömomentin vaihtelut, ei niin sileät kuin monivaiheiset moottorit aloittaessasi

 

Kaksivaiheinen harjaton tasavirtamoottori

Se on monimutkaisempi kuin yksivaiheinen, yleensä käyttämällä nelijohto- tai kuuden johdinrakennetta, ja se on joustavampi hallinnassa. Se on samanlainen kuin askelmoottorin rakenne, mutta käyttömenetelmä on erilainen.

Edut: kompakti rakenne, vakaa toiminta, yleisesti käytetty mikrolaitteissa ja lääketieteellisissä välineissä

 

Haitat: Verrattuna kolmivaiheisiin moottoreihin, vääntömomentin heilahtelu on edelleen

 

Kolmivaiheinen harjaton tasavirtamoottori

Se on markkinoiden valtavirran ja parhaiten suorituskykyisin harjaton moottorirakenne, sujuvalla toiminnalla ja jatkuvalla vääntömomentilla, ja sitä käytetään laajasti erilaisissa keskipitkän lopun sovelluksissa.

Edut: jatkuva vääntömomentti, korkea hyötysuhde, hiljainen käyttö, se on yleisimpiä harjatonta moottoria, jota käytetään laajasti sähköajoneuvoissa, sähkötyökaluissa, drooneissa jne.

 

Haitat: Ohjausjärjestelmä on monimutkainen ja kustannukset ovat suhteellisen korkeat

 

Eri luokitusmenetelmät paljastavat moottorin rakenteen, suorituskyvyn ja sovelluksen keskeiset erot. On syytä huomata, että nämä luokitukset eivät ole toisiaan poissulkevia. Esimerkiksi moottori voi olla kolmivaiheinen harjaton pysyvä magneetti DC-moottori, joka täyttää kaikki kolme luokituksen mitat. Näiden perusteiden ymmärtäminen auttaa myöhemmissä valinta- ja soveltamispäätöksissä.

 

 

Nykyaikaisessa tekniikassa ja elämässä DC -moottorit ovat kaikkialla. Yksinkertaisen ohjauksen, nopean vasteen ja monimuotoisten rakenteiden etujen avulla DC -moottoreita käytetään laajasti erilaisissa tuotteissa ja järjestelmissä. Kotitalouksien laitteista teollisuusautomaatioon, drooneihin ja lääketieteellisiin laitteisiin DC Motors "antaa" kaiken.

 

Seuraavat ovat useita tyypillisiä sovellusskenaarioita, jotka on jaettu teollisuudella tai toiminnolla:

1. Kotilaitteet ja päivittäiset elektroniset laitteet

DC -moottorit ovat yleisimpiä pienissä kodinkoneissa. Ne ovat kompakteja ja hiljaisia, sopivat sovelluksiin, jotka vaativat alhaisen jännitteen, alhaisen melun ja alhaisen kustannuksen.

 

Pölynimurit, hiustenkuivaajat, sekoittimet (nopea, hyvä vakaus)

 

Sähköiset hammasharjat, sähköaukot (harjattujen tai coreless moottorien avulla)

 

Sähköverhot, sähköoven lukot (pieni jännite, pienen virrankulutussovellukset)

 

Yleiset tyypit: harjattu moottori, koruton moottori, pieni harjaton tasavirtamoottori

 

2. lelut, mallit ja viihdeelektroniikka

Kaukosäätöautoista drooneihin DC -moottoreilla on avainasemassa. Suuri nopeus, nopea vastaus, kevyt ja kompaktiisuus ovat tällaisten kohtausten perusvaatimuksia.

 

Kaukosäädin autot ja lentokoneet (harjattomat moottorit nopeuden ja kestävyyden lisäämiseksi)

 

Robotit, robottivarret (enkooderin tasavirtamoottorit, jotka vaativat tarkkaa ohjausta)

 

Yleiset tyypit: harjaton tasavirtamoottori, tasavirtamoottori kooderilla, koruton moottori

 

3. Teollisuusautomaatio ja mekaaninen asema

Teollisuusympäristöjen moottorien suorituskykyvaatimukset ovat korkeammat, ja niillä on oltava ominaisuuksia, kuten korkea vääntömomentti, vahva hallittavuus ja pitkä käyttöikä.

 

Automaattinen tuotantolinja (DC -servomoottori, kooderin palautejärjestelmä)

 

Kuljetuslaitteet, sähköinen työntötanko (pysyvä magneetti DC -moottori, vaihdemoottoriyhdistelmä)

 

CNC-työstötyökalut (erittäin tarkka harjaton tasavirtamoottorit)

 

Yleiset tyypit: servo DC -moottori, korkea vääntömomentti DC -moottori, moottori pelkistysvaihteistolla

 

4. Kuljetus ja vihreä matka

Vihreät matkatyökalut, kuten sähköpolkupyörät, sähköajoneuvot ja tasapainopyörät, käyttävät pohjimmiltaan tasavirtamoottoreita niiden tehoytimen, erityisesti tehokkaiden harjattomien tasavirtamoottorien.

 

Sähköpolkupyörä (harjaton navan moottori)

 

Sähköinen skootteri (24 V \/ 36 V harjaton moottori)

 

Älykäs tasapainotusauto (korkea vääntömomentti DC -moottori ohjausjärjestelmällä)

 

Yleiset tyypit: navan harjaton moottori, 48 V harjaton moottori, korkean tehokkuuden tasavirtamoottori

 

5. Lääketieteelliset laitteet ja tarkkuuslaitteet

DC -moottoreita, erityisesti Coreless Motors ja Servo Motors, käytetään myös laajasti lääketieteellisessä laitteessa, jolla on erittäin korkeat melun, äänenvoimakkuuden ja vasteen nopeuden vaatimukset.

 

Infuusiopumppu, mikro hengityslaite (Corless Motor, herkkä vaste)

 

Sähköiset kirurgiset instrumentit (nopea, alhainen kohinan harjaton moottori)

 

Silmäympäristö (ultra-matala värähtely servomoottori)

 

Yleiset tyypit: Coreless DC -moottorit, pienet servo DC -moottorit, harjattomat moottorit

 

DC -moottorit on upotettu syvästi elämäämme ja teollisuusjärjestelmiin niiden joustavan rakenteen, yksinkertaisen hallinnan ja nopean vastauksen vuoksi. Lasten leluista korkean tarkkuuden lääketieteellisiin laitteisiin automatisoidusta tuotantolinjasta sähköisiin matkatyökaluihin, jotka kaikki luottavat DC-moottoreihin ajamisen ja älykkyyden saavuttamiseksi.

 

Eri sovellusskenaarioilla on erilaiset vaatimukset tasavirtamoottorien jännitetasolle. Haluatko tietää, kuinka valita 12 V, 24 V, 36 V tai 48 V tarpeidesi mukaan? Voit viitata "DC -moottorin jännitetason analysointiopas".