Электрический двигатель постоянного тока. Электродвигатель постоянного тока: устройство, принцип работы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен электродвигатель постоянного тока. Какой принцип работы у ДПТ. Где применяются двигатели постоянного тока. Какие преимущества и недостатки у электродвигателей постоянного тока.

Содержание

Устройство электродвигателя постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока (ДПТ) состоит из следующих основных частей:

Статор — неподвижная часть, создающая магнитное поле
Ротор (якорь) — вращающаяся часть с обмотками
Коллектор — устройство для изменения направления тока в обмотках ротора
Щетки — обеспечивают контакт между неподвижной и вращающейся частями
Вал — передает вращение на рабочий механизм

Статор может быть выполнен из постоянных магнитов или электромагнитов. На роторе располагаются обмотки, по которым протекает ток. Коллектор и щетки обеспечивают подачу тока на обмотки ротора и изменение его направления при вращении.

Принцип работы ДПТ

Принцип работы электродвигателя постоянного тока основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора. При подаче напряжения на обмотки ротора через щетки и коллектор в них возникает электрический ток. Взаимодействие магнитного поля тока в обмотках и магнитного поля статора создает вращающий момент, приводящий ротор в движение.

Коллектор обеспечивает изменение направления тока в обмотках ротора при его вращении, что поддерживает непрерывное вращение в одном направлении. Скорость вращения двигателя зависит от величины подаваемого напряжения.

Виды электродвигателей постоянного тока

Основные виды ДПТ:

С независимым возбуждением — обмотки статора питаются от отдельного источника
С параллельным возбуждением — обмотки статора подключены параллельно якорю
С последовательным возбуждением — обмотки статора включены последовательно с якорем
Со смешанным возбуждением — комбинация параллельного и последовательного

Каждый вид имеет свои особенности характеристик и области применения.

Преимущества электродвигателей постоянного тока

Основные достоинства ДПТ:

Широкий диапазон регулирования скорости вращения
Большой пусковой момент
Высокая перегрузочная способность
Простота управления
Компактные размеры при высокой мощности

Благодаря этим качествам ДПТ находят широкое применение в различных областях.

Недостатки электродвигателей постоянного тока

Основные недостатки ДПТ:

Наличие щеточно-коллекторного узла, требующего обслуживания
Искрение на коллекторе при работе
Относительно высокая стоимость
Сложность конструкции
Необходимость источника постоянного тока

Эти недостатки ограничивают применение ДПТ в некоторых областях.

Области применения электродвигателей постоянного тока

Основные сферы использования ДПТ:

Электротранспорт — трамваи, троллейбусы, электровозы

Станкостроение — приводы подач и главного движения станков
Робототехника и автоматика
Электроинструмент
Бытовая техника
Автомобильная электрика

ДПТ используются везде, где требуется плавное регулирование скорости и высокий момент.

Характеристики электродвигателей постоянного тока

Основные характеристики ДПТ:

Механическая характеристика — зависимость скорости от момента
Рабочие характеристики — зависимости тока, момента, КПД от скорости
Пусковой момент — момент при запуске двигателя
Номинальная мощность — мощность при номинальных параметрах
Диапазон регулирования скорости

Эти характеристики определяют возможности применения конкретной модели ДПТ.

Регулирование скорости электродвигателей постоянного тока

Существует несколько способов регулирования скорости ДПТ:

Изменение напряжения питания якоря

Изменение тока возбуждения (для двигателей с независимым возбуждением)
Введение дополнительного сопротивления в цепь якоря
Импульсное регулирование напряжения

Выбор способа зависит от требуемого диапазона регулирования и типа двигателя.

Заключение

Электродвигатели постоянного тока обладают рядом уникальных свойств, благодаря которым они широко применяются в различных отраслях. Несмотря на некоторые недостатки, ДПТ остаются востребованными во многих сферах, где требуется точное регулирование скорости и высокий момент. Развитие силовой электроники позволяет создавать эффективные системы управления ДПТ, расширяя области их применения.

Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды

Электрические двигатели, приводящиеся в движение путем воздействия постоянного тока, применяются значительно реже, по сравнению с двигателями, работающими от переменного тока. В бытовых условиях электродвигатели постоянного тока используются в детских игрушках, с питанием от обычных батареек с постоянным током. На производстве электродвигатели постоянного тока приводят в действие различные агрегаты и оборудование. Питание для них подводится от мощных батарей аккумуляторов.

Устройство и принцип работы

Электродвигатели постоянного тока по конструкции подобны синхронным двигателям переменного тока, с разницей в типе тока. В простых демонстрационных моделях двигателя применяли один магнит и рамку с проходящим по ней током. Такое устройство рассматривалось в качестве простого примера. Современные двигатели являются совершенными сложными устройствами, способными развивать большую мощность.

Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь изготавливается из нескольких обмоток, уложенных в его пазах, и закрепленных там специальным эпоксидным составом.

Статор может состоять из обмоток возбуждения или из постоянных магнитов. В маломощных двигателях используют постоянные магниты, а в двигателях с повышенной мощностью статор снабжен обмотками возбуждения. Статор с торцов закрыт крышками со встроенными в них подшипниками, служащими для вращения вала якоря. На одном конце этого вала закреплен охлаждающий вентилятор, который создает напор воздуха и прогоняет его по внутренней части двигателя во время работы.

Принцип действия такого двигателя основывается на законе Ампера. При размещении проволочной рамки в магнитном поле, она будет вращаться. Проходящий по ней ток создает вокруг себя магнитное поле, взаимодействующее с внешним магнитным полем, что приводит к вращению рамки. В современной конструкции мотора роль рамки играет якорь с обмотками. На них подается ток, в результате вокруг якоря создается магнитное поле, которое приводит его во вращательное движение.

Для поочередной подачи тока на обмотки якоря применяются специальные щетки из сплава графита и меди.

Выводы обмоток якоря объединены в один узел, называемый коллектором, выполненным в виде кольца из ламелей, закрепленных на валу якоря. При вращении вала щетки по очереди подают питание на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.

Щеточный узел является наиболее уязвимым механизмом в конструкции двигателя. Во время работы медно-графитовые щетки притираются к коллектору, повторяя его форму, и с постоянным усилием прижимаются к нему. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, а токопроводящая пыль, являющаяся продуктом этого износа, оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Обычно удаление пыли выполняют воздухом под большим давлением.

Щетки требуют периодического их перемещения в пазах и продувки воздухом, так как от накопившейся пыли они могут застрять в направляющих пазах. Это приведет к зависанию щеток над коллектором и нарушению работы двигателя. Щетки периодически требуют замены из-за их износа. В месте контакта коллектора со щетками также происходит износ коллектора. Поэтому при износе якорь снимают и на токарном станке протачивают коллектор. После проточки коллектора изоляция, находящаяся между ламелями коллектора стачивается на небольшую глубину, чтобы она не разрушала щетки, так как ее прочность значительно превышает прочность щеток.

Виды

Электродвигатели постоянного тока разделяют по характеру возбуждения:

Независимое возбуждение

При таком характере возбуждения обмотка подключается к внешнему источнику питания. При этом параметры двигателя аналогичны двигателю на постоянных магнитах. Обороты вращения настраиваются сопротивлением обмоток якоря. Скорость регулируют специальным регулировочным реостатом, включенным в цепь обмоток возбуждения. При значительном снижении сопротивления или при обрыве цепи ток якоря повышается до опасных величин.

Электродвигатели с независимым возбуждением запрещается запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, так как его скорость резко возрастет, и двигатель выйдет из строя.

Параллельное возбуждение

Обмотки возбуждения и ротора соединяются параллельно с одним источником тока. При такой схеме ток обмотки возбуждения значительно ниже тока ротора. Параметры двигателей становятся слишком жесткими, их можно применять для привода вентиляторов и станков.

Регулировка оборотов двигателя обеспечивается реостатом в последовательной цепи с обмотками возбуждения или в цепи ротора.

Последовательное возбуждение

В этом случае возбуждающая обмотка подключается последовательно с якорем, в результате чего по этим обмоткам проходит одинаковый ток. Обороты вращения такого мотора зависят от его нагрузки. Двигатель нельзя запускать на холостом ходу без нагрузки. Однако такой двигатель обладает приличными пусковыми параметрами, поэтому подобная схема используется в работе тяжелого электротранспорта.

Смешанное возбуждение

Такая схема предусматривает применение двух обмоток возбуждения, находящихся парами на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединять двумя способами: с суммированием потоков, либо с их вычитанием. В итоге электродвигатель может обладать такими же характеристиками, как у двигателей с параллельным или последовательным возбуждением.

Чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, на одной из обмоток изменяют полярность. Для управления скоростью вращения мотора и его запуском используют ступенчатое переключение разных резисторов.

Особенности эксплуатации

Электродвигатели постоянного тока отличаются экологичностью и надежностью. Их главным отличием от двигателей переменного тока является возможность регулировки оборотов вращения в большом диапазоне.

Такие электродвигатели постоянного тока можно также применять в качестве генератора. Изменив направление тока в обмотке возбуждения или в якоре, можно изменять направление вращения двигателя. Регулировка оборотов вала двигателя осуществляется с помощью переменного резистора. В двигателях с последовательной схемой возбуждения это сопротивление расположено в цепи якоря и позволяет уменьшить скорость вращения в 2-3 раза.

Этот вариант подходит для механизмов с длительным временем простоя, так как при работе реостат сильно нагревается. Повышение оборотов создается путем включения в цепь возбуждающей обмотки реостата.

Для моторов с параллельной схемой возбуждения в цепи якоря также применяются реостаты для уменьшения оборотов в два раза. Если в цепь обмотки возбуждения подключить сопротивление, то это позволит повышать обороты до 4 раз.

Применение реостата связано с выделением тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменяют электронными элементами, управляющими скоростью без сильного нагревания.

На коэффициент полезного действия мотора, работающего на постоянном токе, влияет его мощность. Слабые электродвигатели постоянного тока обладают малой эффективностью, и их КПД около 40%, в то время, как электродвигатели мощностью 1 МВт могут обладать коэффициентом полезного действия до 96%.

Преимущества электродвигателей постоянного тока

Небольшие габаритные размеры.
Легкое управление.
Простая конструкция.
Возможность применения в качестве генераторов тока.
Быстрый запуск, особенно характерный для моторов с последовательной схемой возбуждения.
Возможность плавной регулировки скорости вращения вала.

Недостатки

Для подключения и эксплуатации необходимо приобретать специальный блок питания постоянного тока.
Высокая стоимость.
Наличие расходных элементов в виде медно-графитных быстроизнашивающихся щеток, изнашивающегося коллектора, что значительно снижает срок эксплуатации, и требует периодического технического обслуживания.

Сфера использования

Широко популярными двигатели постоянного тока стали в электрическом транспорте. Такие двигатели обычно входят в конструкции:

Электромобилей.
Электровозов.
Трамваев.
Электричек.
Троллейбусов.
Подъемно-транспортных механизмов.
Детских игрушек.
Промышленного оборудования с необходимостью управлением скорости вращения в большом диапазоне.

устройство, принцип работы, типы, управление

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.

Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

с независимым возбуждением обмоток;
соединение параллельно обмоткам якоря;
варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Рисунок 3. Ротор с тремя обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

бытовые и промышленные электроинструменты;
автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
Легко регулируемая частота вращения;
хорошие пусковые характеристики;
компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

ограниченный ресурс коллектора и щёток;
дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному

Двигатель постоянного тока

Двигатели постоянного тока предназначены для превращения энергии постоянного тока в механическую работу.

Электродвигатели постоянного тока, намного меньше распространены, нежели двигатели переменного тока. Это связано в первую очередь со сравнительной дороговизной, более сложным устройством, сложностями в обеспечении питания. Но, несмотря на все эти недостатки, ДПТ имеют немало плюсов. Например, двигатели переменного тока, сложно регулировать, ДПТ же отлично регулируются массой способов. Кроме того ДПТ имеют более жесткие механические характеристики и позволяют обеспечить большой пусковой момент.

Электродвигатели постоянного тока применяются в качестве тяговых двигателей, в электротранспорте, в качестве различных исполнительных устройств.

Устройство двигателей постоянного тока

Конструкция двигателя постоянного тока аналогична двигателю переменного тока, но все же имеются существенные различия. На станине 7, которая изготавливается из стали, установлена обмотка возбуждения в виде катушек 6. Между основными полюсами, могут устанавливаться дополнительные полюса 5, для улучшения свойств ДПТ. Внутри устанавливается якорь 4, который состоит из сердечника и коллектора 2, и устанавливается с помощью подшипников 1 в корпус двигателя. Коллектор является существенным отличием от двигателей переменного тока. Он соединяется с щетками 3, что позволяет подавать или в генераторах, наоборот снимать напряжение с якорной цепи.

Принцип действия

Принцип действия ДПТ основан на взаимодействии магнитных полей обмотки возбуждения и якоря. Можно представить, что вместо якоря у нас рамка, через которую протекает ток, а вместо обмотки возбуждения постоянный магнит с полюсами N и S. При протекании постоянного тока через рамку, на нее начинает действовать магнитное поле постоянного магнита, то есть рамка начинает вращаться, причем, так как направление тока не меняется, то и направление вращения рамки остается прежним.

При подаче напряжения на зажимы двигателя начинает протекать ток в обмотке якоря, на него, как мы уже знаем, начинает действовать магнитное поле машины, при этом якорь начинает вращаться, а так как якорь вращается в магнитном поле, начинает образовываться ЭДС. Эта ЭДС направлена против тока, в связи с этим её называют противоЭДС. Её можно найти по формуле

Где Ф – магнитный поток возбуждения, n – частота вращения, а Cе это конструктивный момент машины, который остается для нее постоянным.

Напряжение на зажимах больше чем противоЭДС на величину падения напряжение в якорной цепи.

А если домножить это выражение на ток, то получим уравнение баланса мощностей.

Левая часть уравнения UI_я представляет собой мощность подаваемая электродвигателю, в правой части первое слагаемое EIя представляет собой электромагнитную мощность, а второе I_яR_я мощность потерь в цепи якоря.

Рекомендуем прочесть статью — пуск двигателя постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока: принцип работы и действия, устройство, характеристики

Сейчас невозможно представить нашу жизнь без электродвигателей. Они приводят в действие станки, бытовую технику и инструменты, поезда, трамваи и троллейбусы, компьютеры, игрушки и разные подвижные механизмы, устанавливаются на производственных станках, если частоту вращения рабочего вала требуется регулировать в широком диапазоне. Агрегаты для преобразования электрической энергии в механическую представлены множеством видов и моделей (синхронные, асинхронные, коллекторные и т.д.). Из этой статьи вы узнаете, что такое электродвигатель постоянного тока, его устройство и принцип действия.

Краткая история создания

Разные ученые пытались создать экономичный и мощный двигатель еще с первой половины 19 века. Основой послужило открытие М.Фарадея, сделанное в 1821 г. Он обнаружил, что помещенный в магнитное поле проводник вращается. Отталкиваясь от этого, в 1833 г изобретатель Томас Дэвенпорт смог сконструировать двигатель постоянного тока, а позже, в 1834 г, ученый Б.С.Якоби придумал прообраз современной модели двигателя с вращающимся валом. Устройство, более похожее на современные агрегаты, появилось в 1886 г, и до сегодняшнего дня электродвигатель продолжает совершенствоваться.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

На мысль о создании двигателя ученых натолкнуто следующее открытие. Помещенная в магнитное поле проволочная рамка с пропущенным по ней током начинает вращаться, создавая механическую энергию. Принцип действия электродвигателя постоянного тока основывается на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Но одна рамка после определенного количества вращений замирает в положении, параллельном внешнему магнитному полю. Для продолжения движения необходимо добавить вторую рамку и в определенный момент переключить направление тока.

Вместо рамок в двигателе используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг него возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и далее процесс продолжается.

Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах).

Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников. Изолированные друг от друга выводы представляют собой кольцо из нескольких ламелей, которое находится на оси вала якоря и называется коллекторным узлом. Благодаря поочередному замыканию ламелей щетками двигатель вращается равномерно. Степень равномерности работы двигателя зависит от количества проводников (чем больше, тем равномернее).

Устройство электродвигателя постоянного тока

Теперь, когда вы знаете, как работает электродвигатель постоянного тока, пора ознакомиться с его конструкцией.

Как и у других моделей, основу двигателя составляют статор (индуктор) – неподвижная часть, и якорь вкупе с щеточноколлекторным узлом – подвижная часть. Обе части разделены воздушным зазором.

В состав статора входят станина, являющаяся элементом магнитной цепи, а также главные и добавочные полюса. Обмотки возбуждения, необходимые для создания магнитного поля, находятся на главных полюсах. Специальная обмотка, улучшающая условия коммутации, расположена на добавочных полюсах.

Якорь представляет собой узел, состоящий из магнитной системы (она собрана из нескольких листов), набора обмоток (проводников), уложенных в пазы, и коллектора, который подводит постоянный ток к рабочей обмотке.

Коллектор имеет вид цилиндра, собранного из изолированных медных пластин. Он насажен на вал двигателя и имеет выступы, к которым подходят концы секций обмотки якоря. Щетки снимают ток с коллектора, входя с ним в скользящий контакт. Удержание щеток в нужном положении и обеспечение их нажатия на коллектор с определенной силой осуществляется щеткодержателями.

Многие модели двигателей оснащены вентилятором, задача которого – охлаждение агрегата и увеличение продолжительности рабочего периода.

Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока позволяют широко использовать это устройство в самых разных сферах – от бытовых приборов до транспорта. К его преимуществам можно отнести:

Экологичность. При работе не выделяются вредные вещества и отходы.
Надежность. Благодаря довольно простой конструкции он редко ломается и служит долго.
Универсальность. Он может использоваться в качестве как двигателя, так и генератора.
Простота управления.
Возможность регулирования частоты и скорости вращения вала – достаточно подключить агрегат в цепь переменного сопротивления.
Легкость запуска.
Небольшие размеры.
Возможность менять направление вращения вала. В двигателе с последовательным возбуждением нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, во всех остальных типах – в якоре.

Как и любое устройство, электродвигатели постоянного тока имеют и «слабые стороны»:

Их себестоимость, следовательно, и цена достаточно высока.
Для подключения к сети необходим выпрямитель тока.
Самая уязвимая и быстроизнашивающаяся деталь – щетки – требует периодической замены.
При сильной перегрузке может случиться возгорание. Если соблюдать правила эксплуатации, такая возможность исключена.

Но, как видите, достоинства явно перевешивают, поэтому на данный момент электродвигатель является одним из наиболее экономичных и эффективных устройств. Зная устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока, вы сможете самостоятельно собрать и разобрать его для техосмотра, чистки или устранения неисправностей.

Асинхронный электродвигатель постоянного тока 220В и 380В.

Электродвигатель – машина, преобразовывающая энергию электромагнитного поля во вращательное движение (электрический двигатель). Это, пожалуй, наиболее гениальное изобретение, позволившее человечеству сделать цивилизационный скачок в индустриальное общество. Коэффициент его полезного действия составляет 95-98 процентов.

Основа принципа действия

В основе принципа действия любого электрического двигателя лежит феномен электромагнитной индукции. Если скрутить любой проводник в кольцо и через него протащить магнит, то в нем возникнет электрический ток, направление течения которого будет противоположно движению магнита. Верно и обратное: прохождение электричества через проводник вызывает индуцирование ЭДС в металлическом стержне.

Этот эффект был открыт в 1832 году английским физиком Майклом Фарадеем, создавшим прибор, состоящий из постоянного магнита и бронзового диска, помещенного между его полюсами. При вращении диска с подключенных к нему проводов снималось небольшое напряжение и переменный ток большой силы. Поэтому диск Фарадея называют еще и униполярным генератором, который при всей архаичности конструкции до сих пор используется. Например, в установках ТОКАМАК для разогрева плазмы и рельсотронах – разновидности оружия.

Электрический двигатель постоянного тока

Если к диску Фарадея подключить гальваническую батарею, то он совершит один оборот – до того момента, как совпадут разноименные полюса – ее и магнита. Электродвигатель постоянного тока в своей работе использует эффект отталкивания одноименных полюсов магнита. Чтобы вращение стало непрерывным, на его роторе закреплено особое устройство (коллектор) – кольцо из металла, поделенное на сектора диэлектриком.

Питающее напряжение подводится к коллектору посредством скользящих контактов – щеток. Когда вал машины поворачивается, сектора коллектора меняются местами и полюса остаются разноименными. Поэтому вращение продолжается. Скорость вращения ротора машин постоянного тока зависит от количества обмоток на нем. Каждая из них представляет собой своеобразный диск Фарадея и подключена к своей паре пластин коллектора.

Если ее мощность электрической машины невелика, то статорные магниты делают из природного металла с соответствующими свойствами. В промышленных машинах постоянного тока используются электромагниты – катушки из проводников. Они питаются тем же напряжением, что и катушки ротора.

Двигатели переменного тока

Конструкция электродвигателя переменного потом электроэнергии выглядит как бы вывернутой наизнанку по отношению к машинам постоянного тока. Питающее напряжение в нем подводится к статорным обмоткам, а принцип действия основан не на отталкивании одноименных полюсов магнита, а на притягивании имеющих противоположный знак.

Магнитное поле статора машины переменного тока вращается. Этот феномен возникает в результате сложения векторов магнитной индукции нескольких переменных токов, фазы синусоид которых сдвинуты друг относительно друга на некоторый угол – 90⁰, если питание двухфазное, и 60⁰ при трехфазном напряжении. Величины углов объясняются просто: отдельная обмотка генератора переменного тока состоит из двух катушек, а на статоре они расположены диаметрально противоположно. Если поделить 360⁰ на четыре (две обмотки) или на шесть (три обмотки), то получим исходные значения.

Магнитное поле ротора индуцируется энергией в статорных обмотках и имеет два свойства:

Оно противоположно статорному по знаку.
Отстает от статорного, поскольку на его индукцию требуется некоторое время, а сам ротор имеет физический вес и по этой причине обладает моментом инерции.

Полюса магнитного поля ротора стремятся притянуться к противоположным полюсам статорного, но эта своеобразная погоня никогда не может закончиться по двум причинам:

Линейная скорость ротора ниже из-за разницы в размерах.
Существуют потери энергии в воздушном зазоре между деталями машины.

Угол рассогласования между ротором и статором достигает 18⁰, из-за его наличия электродвигатели переменного электричества называют асинхронными.

Наиболее распространенной конструкцией является электрическая машина, обмотка ротора которой состоит из нескольких проводников, замкнутых двумя металлическими кольцами. По форме она похожа на так называемое беличье колесо. Таковы все общепромышленные электродвигатели. Они просты, но имеют неустранимый недостаток: большие пусковые токи, которые приводят к перегрузкам в сети и авариям.

Двигатели с фазным ротором запускаются плавно, без перегрузок, но они сложны и дороги. Применяются для обеспечения больших тяговых усилий. Например, в крановом оборудовании или на электротранспорте.

Видео — как работает Электродвигатель:

Как правильно эксплуатировать электродвигатель

Асинхронный электродвигатель на сегодня является наиболее широко используемым двигателем в промышленности и строительстве. Чтобы устройство было всегда в форме и не пришлось его отправлять на свалку в результате преждевременного износа, хорошие хозяева проявляют заботу о нём и эксплуатируют правильно. В этой статье мы обсудим, как правильно эксплуатировать электродвигатель во избежание возникновения неполадок при его работе.

Условия работы электрического двигателя

Электрический двигатель будет в полной мере соответствовать характеристикам, указанным в паспорте, если его, прежде всего, правильно установить и использовать. Условия обеспечения номинальных параметров двигателем следующие:

— колебания напряжения питающей сети электрического тока, к которой подключен агрегат, не должны превышать 5% от номинала;

— максимально допустимая температура воздуха, окружающего конструкцию, должна быть не более +350 С;

— во избежание перегрузки мотора необходимо следить за показаниями амперметра, не допуская увеличения силы тока более 5% от номинала;

— корпус устройства надежно следует заземлить и регулярно проверять сопротивления заземления;

— конструктивные элементы, изготовленные из коррозируемых материалов, необходимо покрыть краской. Коррозия всегда начинается на поверхности металла, а затем распространяется вглубь, ухудшая механические свойства материала;

— кабельные сети, по которым поступает питающее напряжение, следует надёжно изолировать и защитить от случайных механических повреждений. Подключение выполнить напрямую к контактным зажимам двигателя, находящимся в коробке.

Элементарные правила эксплуатации в отношении своего двигателя

Правильная эксплуатация электродвигателя обеспечивает его надёжную работу в течение всего установленного ресурса. До включения устройства в работу обязательно проверить:

— чистоту и отсутствие ненужных предметов на корпусе и рядом;

— состояние заземления;

— качество крепления статора.

Первый запуск электродвигателя лучше доверить специалисту, который будет обслуживать все движущиеся механизмы.

Рекомендации по эксплуатации асинхронных электродвигателей:

У работающего двигателя основные электрические и механические показатели должны быть следующими:

— температура нагрева статора не более 900 С;

— вибрация в пределах нормы, а именно в соответствии с количеством оборотов двигателя;

— вращение ротора бесшумное, без скачков;

— установленная заводом-изготовителем величина нагрузки;

— отсутствие искрения щёток у коллекторных двигателей.

Защита электрических цепей осуществляется плавкими вставками. Значение тока по номиналу пишется на вставке.
Аварийное отключение электродвигателя производится в следующих случаях:

— появился сильный запах горения, дым, искры, огонь;

— повышенный уровень вибрации, из-за которого возможно разрушение двигателя;

— выход из строя электропривода;

— резкое снижение оборотов и повышенный нагрев.

Владелец также обязан планировать профилактические ремонты, которые повышают надёжность оборудования.

Некоторые двигатели используются крайне редко. Как поступать в этом случае? Рекомендуется постоянно осматривать, проверять сопротивление изоляции и запускать устройства, что позволит при необходимости без промедления их использовать.

Вывод

Конструкция асинхронного электродвигателя простая и надёжная. И, если соблюдать правила эксплуатации, в том числе не превышать основные электрические и механические параметры, установленные изготовителем, то срок его службы можно будет увеличить.

Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

устройство и принцип действия, конструкция и управление, применение дпт

Устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую, может использоваться как двигатель или генератор, так как конструкция и принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ) аналогична конструкции генератора. Особенностью ДПТ является механический инвертор (коммутатор). Этот коммутатор имеет скользящие контакты в виде щёток, которые расположены так, что они изменяют полярность обмоток якоря (катушек) во время вращательного движения.

Особенности и устройство ДПТ

ДПТ представляет собой вращающуюся электрическую машину, работающую от постоянного тока. В зависимости от направления потока мощности проводится различие между двигателем (электродвигатель с электрической и механической мощностью) и генератором (электрический генератор, на который подаётся механическая мощность, а также электроэнергия). ДПТ могут запускаться под нагрузкой, их скорость легко изменить. В режиме генератора ДПТ преобразует напряжение переменного тока, подаваемое ротором, в пульсирующее постоянное напряжение.

История изобретения

Основываясь на развитии первых гальванических элементов в первой половине XIX века, первыми электромеханическими преобразователями энергии были машины постоянного тока. Первоначальная форма электродвигателя была разработана в 1829 году, а в 1832 году француз Ипполит Пиксии построил первый генератор. Антонио Пачинотти построил в 1860 году электродвигатель постоянного тока с многокомпонентным коммутатором. Фридрих фон Хефнер-Алтенек разработал барабанный якорь в 1872 году, который открыл возможность промышленного использования в области крупномасштабного машиностроения.

В последующие десятилетия такие машины из-за развития трехфазного переменного тока потеряли свою значимость в крупномасштабном машиностроении. Синхронные машины и системы с низким уровнем обслуживания асинхронного двигателя заменили их во многих устройствах.

Конструкция двигателя

Чтобы понять принцип действия ДПТ, нужно сначала изучить его конструктивные особенности, одной из которых является то, что в магнитном поле постоянного магнита установлен вращающийся проводящий контур.

Упрощая эту структуру, можно сказать, что двигатель состоит из двух основных компонентов:

Основной магнит (постоянный магнит), который прикреплён к статору. Магнитное поле также может быть электрически сгенерировано. На статоре находятся так называемые возбуждающие обмотки (катушки).
Проводящая петля (арматура) на сердечнике якоря, обычно состоящая из слоистых металлических листов.

Обе конструкции называются двигателями постоянного тока с внешним возбуждением. Электродинамический закон указывает, что токопроводящая петля проводника в магнитном поле представляет собой силу [F], зависящую от тока [I] и напряжённости магнитного поля [B]. Токопроводящий проводник окружен круговым магнитным полем. Если объединить магнитное поле магнитного поля с магнитным полем проводящей петли, можно обнаружить суперпозицию двух полей, а также результирующий силовой эффект.

Обмотка якоря состоит из двух половин катушки. Если применить напряжение постоянного тока к двум концам обмотки якоря, можно представить, что движущиеся носители заряда поступают в нижнюю половину катушки из верхней половины катушки.

Каждая токопроводящая катушка развивает собственное магнитное поле, и магнитное поле постоянного магнита накладывается на магнитное поле нижней половины катушки и поле верхней половины катушки. Линии поля постоянного магнитного поля всегда одного направления, они всегда показывают с севера на южный полюс. Напротив, поля двух половин катушки имеют противоположные направления.

В левой части поля половины катушки полевые линии поля возбудителя и поля катушки имеют одно и то же направление. Благодаря этому силовому эффекту в противоположном направлении на нижнем и верхнем концах арматуры создаётся крутящий момент, который вызывает вращательное движение якоря.

Якорь представляет собой так называемый двутавровый якорь. Эта конструкция получила название из-за своей формы, которая напоминает два составных «Т». Катушки якоря соединены с платами коммутатора (коллектора). Подача тока в обмотке якоря обычно осуществляется через угольные щётки, которые обеспечивают скользящий контакт с вращающимся коммутатором и подают катушкам электричество. Щётки изготавливаются из самосмазывающихся графитов, частично смешанных с медным порошком для небольших двигателей.

Принцип действия и использование

Это устройство представляет собой электромашину, которая преобразовывает электрическую энергию в механическую. Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда проводник, переносимый током, помещается в магнитное поле, он испытывает механическую силу.

Постоянный магнит преобразовывает электрическую энергию в механическую через взаимодействие двух магнитных полей. Одно поле создаётся сборкой постоянными магнитами, другое — электрическим током, протекающим в обмотках двигателя. Эти два поля приводят к крутящему моменту, который имеет тенденцию вращать ротор. Когда ротор вращается, ток в обмотках коммутируется, обеспечивая непрерывный выход крутящего момента.

Коммутатор состоит из проводящих сегментов (стержней) из меди, которые представляют собой завершение отдельных катушек проволоки, распределённых вокруг арматуры. Вторая половина механического выключателя комплектуется щётками. Эти щётки обычно остаются неподвижными с корпусом двигателя.

По мере прохождения электрической энергии через щётки и арматуру создаётся крутильная сила в виде реакции между полем двигателя и якорем, вызывающим поворот якоря двигателя. Когда арматура поворачивается, щётки переключаются на соседние полосы на коммутаторе. Это действие переносит электрическую энергию на соседнюю обмотку и якорь.

Движение магнитного поля достигается переключением тока между катушками внутри двигателя. Это действие называется коммутацией. Очень многие двигатели имеют встроенную коммутацию. Это означает, что при вращении двигателя механические щётки автоматически коммутируют катушки на роторе.

Настройка скорости

ДПТ можно легко регулировать. Скорость можно изменить с помощью следующих переменных:

Напряжение якоря U_A (управление напряжением).
Основной поток поля (полевое управление), сила магнитного поля.
Анкерное сопротивление.

Простейшим методом управления скоростью вращения является управление приводным напряжением. Чем выше напряжение, тем выше скорость, которую двигатель пытается достичь. Во многих приложениях простое регулирование напряжения может привести к большим потерям мощности в цепи управления, поэтому широко используется метод широтно-импульсной модуляции.

В основном способе с широтно-импульсной модуляцией рабочая мощность включается и выключается для модуляции тока. Отношение времени включения к «выключенному» времени определяет скорость двигателя.

Электродвигатель с внешним возбуждением легко контролировать, поскольку токи через обмотки якоря и статора можно контролировать отдельно. Поэтому такие двигатели имели определённое значение, особенно в области высоко динамичных приводных систем, например, для привода станков с точной регулировкой скорости и крутящего момента.

Современное применение

ДПТ используются в различных областях.

Он является важным элементом в различных продуктах:

игрушках;
сервомеханических устройствах;
приводах клапанов;
роботах;
автомобильной электронике.

Высококачественные предметы повседневного назначения (кухонные приборы) используют серводвигатель, известный как универсальный двигатель. Эти универсальные двигатели являются типичными ДПТ, в которых стационарные и вращающиеся катушки представляют собой последовательные провода.

Принцип Действия Двигателя Постоянного Тока: Что Нужно Знать

Мощный двигатель постоянного тока

Тема нашей сегодняшней статьи — принцип действия электродвигателя постоянного тока. Если вы бываете на нашем сайте, то наверняка уже знаете, что эту тему мы решили раскрыть более полно и понемногу разбираем все разновидности электромотором и электрогенераторов.

Постоянный ток известен человечеству вот уже где-то 200 лет, эффективно применять его научились немного позже, а вот сегодня трудно себе представить деятельность человека, где бы энергия не применялась. Приблизительно таким же образом происходила и эволюция электрических двигателей.

Немного истории и теории

Первые электрические двигатели

Бурное развитие электротехники не прекращается с момента зарождения этого направления в физике. Первыми разработками, связанными с электрическими моторами, были работы многих ученых в 20-х годах 19-го столетия. Изобретали всяких мастей пытались соорудить механические машины, способные превращать электрическую энергию в кинетическую.

Особую значимость имеют исследования М. Фарадея, который в 1821 году, проводя эксперименты по взаимодействию тока и разных проводников, выяснил, что проводник может вращаться внутри магнитного поля, ровно как вокруг проводника может вращаться и магнит.
Второй этап развития занял более значительный отрезок времени от 1830-х до 1860-х годов. Теперь, кода основные принципы преобразования энергии человеку были известны, он пытался создать наиболее эффективную конструкцию двигателя с вращающимся якорем.
В 1833 году американский изобретатель и по совместительству кузнец Томас Девенпорт смог построить первый роторный двигатель, работающий на постоянном токе, и сконструировать модель поезда, приводимую им в движение. На свою электрическую машину он получил патент спустя 4 года.

Б.С. Якоби

В 1834 году Борис Семенович Якоби, русско-немецкий физик и изобретатель, создает первый в мире электродвигатель постоянного тока, в котором смог таки реализовать основной принцип работы таких машин, применяемый и сегодня – с постоянно вращающейся частью.
В 1838 году, 13 сентября был произведен пуск настоящей лодки по Неве с 12-ю пассажирами на борту – так происходили полевые испытания двигателя Якоби. Лодка двигалась со скоростью 3 км\ч против течения. Привод двигателя был соединен с лопастными колесами по бокам, как на пароходах того времени. Электрический ток подавался к агрегату от батареи содержащей 320 гальванических элементов.

Лодка с лопастными колесами

Результатом проведенных испытаний стала возможность формирования основных принципов дальнейшего развития электромоторов:

Во-первых, стало ясно, что расширение сферы их применения напрямую зависит от удешевления способов получения электрической энергии – требовался надежный и недорогой генератор, а не дорогостоящие на тот момент гальванические батареи.
Во-вторых, требовалось создать достаточно компактные двигатели, которые бы, однако, обладали большим коэффициентом полезного действия.
И в третьих – были очевидны преимущества двигателей с вращающимися неоднополюсными якорями, с постоянным вращающимся моментом.

Работа шунтового генератора

Затем наступает третий этап развития электромоторов, который ознаменован открытием явления самовозбуждения двигателя электрического тока, после чего был сформирован принцип обратимости таких машин, то есть двигатель может быть генератором, и наоборот. Теперь для того чтобы запитать двигатель начали применять недорогие генераторы тока, что в принципе делается и сегодня.

Интересно знать! Любая электрическая сеть подключена к электростанции, вырабатывающей ток. Сама станция, по сути, и есть набор мощнейших генераторов, приводимых в движение разными способами: течение реки, энергия ветра, ядерные реакции и прочее. Исключение составляют, разве что, фотоэлементы в солнечных батареях, но это уже другая, дорогая, пока не нашедшая достаточного распространения история.

Вид современной конструкции электродвигатель приобрел в далеком 1886 году, после чего в него вносились только доработки и усовершенствования.

Основные принципы функционирования

Двигатели постоянного тока и принцип действия: вспоминаем школьные уроки физики

В основу любого электрического двигателя положен принцип магнитного притягивания и отталкивания. В качестве эксперимента можете провести такой простейший опыт.

Внутрь магнитного поля нужно поместить проводник, по которому нужно пропустить электрический ток.
Для этого удобнее всего пользоваться магнитом в форме подковы, а в качестве проводника подойдет медная проволока подключенная концами к батарейке.
В результате опыта вы увидите, что проволоку вытолкнет из области действия постоянного магнита. Почему это происходит?
Дело в том, что при прохождении тока через проводник, вокруг последнего создается электромагнитное поле, которое вступает во взаимодействие с уже имеющимся, от постоянного магнита. Как результат этого взаимодействия, мы видим механическое движение проводника.
Если говорить более подробно, то выглядит это так. Когда круговое поле проводника вступает во взаимодействие с постоянным от магнита, то сила магнитного поля с одной стороны возрастает, а с другой уменьшается, из-за чего провод выталкивает из области действия магнита под углом 90 градусов.

Занимательная физика

Направление, в котором вытолкнет проводник можно установить по правилу левой руки, которое применимо только к электродвигателям. Правило гласит следующее – левую руку нужно поместить в магнитное поле так, чтобы его силовые линии входили в нее с ладони, а 4 пальца были направлены по ходу движения положительных зарядов, тогда отведенный в сторону большой палец покажет направление воздействующей на проводник движущей силы.

Эти простые принципы двигателя постоянного тока применяется и поныне. Однако в современных агрегатах вместо постоянных магнитов применяют электрические, а рамки заменяют сложные системы обмоток.

Строение двигателя

Двигатель постоянного тока и устройство

Давайте теперь более подробно разберем, как устроен двигатель постоянного тока, какие в нем имеются детали и как они взаимодействуют друг с другом.

Продолжение теории

Принцип и устройство двигателя постоянного тока

Сконструировать простейший двигатель постоянного тока вы легко сможете своими руками. Инструкция такова, что достаточно соорудить прямоугольную рамку из проводника, способную вращаться вокруг центральной оси.

Рамка помещается в магнитное поле, после чего на ее концы подается постоянное напряжение, от той же батарейки.
Так только по рамке начинает течь ток, она приходит в движение, пока не займет горизонтальное положение, называемое нейтральным или «мертвым», когда воздействие поля на проводник равно нулю.
По идее, рамка должна остановиться, но этого не произойдет, так как она пройдет «мертвую» точку по инерции, а значит, электродвижущие силы снова начнут возрастать. Но из-за того, что ток теперь течет в обратном направлении относительно магнитного поля, будет наблюдать сильный эффект торможения, что несопоставимо с нормальной работой двигателя.
Чтобы процесс протекал нормально нужно предусмотреть такую конструкцию подключения рамки к питанию, при которой в момент прохождения тока через нулевую точку будет происходить переключение полюсов, а значит, относительно магнитного поля ток потечет в прежнем направлении.

В качестве такого устройства применяется коллектор, состоящий их изолированных пластин, но давайте поговорим о нем чуть позже.

В виде альтернативы можно изготовить такую рамку, что показана на фото выше. Ее отличие в том, что по двум контурам рамки ток протекает в одном направлении, что позволяет избавиться от коллектора, однако такой электромотор крайне неэффективен, из-за постоянно воздействующих тормозящих сил.

Получив вращение ротора, к нему можно приладить привод и дать сопоставимую мощности двигателя нагрузку, получая тем самым работающую модель.

Строение электромотора постоянного тока

Каково устройство электродвигателя постоянного тока

Итак, переходим к строению двигателей:

Статор или индуктор – неподвижная часть двигателя, представляющая собой деталь, создающую постоянное электромагнитное поле. Состоит статор из сердечника, выполненного из тонколистовой стали (из пластин определенного профиля набирается деталь нужного размера) и обмотки.

Принцип действия и устройство двигателя постоянного тока: статор

Обмотка укладывается в пазы сердечника определенным образом, формируя основные и добавочные магнитные полюса, естественно, при включении в сеть.
Обмотка возбуждения находится на главных полюсах, тогда как на добавочных она служит для улучшения коммутации – увеличивает эффективность мотора, его КПД.

Якорь двигателя постоянного тока

Ротор двигателя, являющийся тут якорем, тоже имеет похожее строение, но отличает его, прежде всего то, то данный узел двигателя является подвижным. Именно он заменяет вращающуюся рамку из примеров, рассмотренных выше.
Витки обмотки якоря изолированы друг от друга и соединяются с контактными пластинами коллектора, через которые и подается питание.
Все части ротора закреплены на металлическом валу, который является центральной осью вращения двигателя. К нему же и подключается привод, передающий крутящий момент на внешние механизмы.

Вид коллектора

Коллектор (полосатый цилиндр, насаженный на вал) соединен с питающей сетью через щетки, которые выполняются чаще всего из графита. Вообще строение коллектора таково, что контактные пластины также изолированы, что позволяет эффективно менять направление тока в цепи, чтобы избегать торможения двигателя.
Сами щетки имеют скользящий контакт с пластинами коллектора, и удерживаются в одном положении при помощи щеткодержателей. Поддерживать постоянное напряжение контакта (а ведь мы знаем, что щетки истираются и истончаются) помогают пружины.

Графитовые щетки

Щетки соединены медными проводами с питающей сетью. Дальше начинается внешняя схема электропитания и управления, о которой мы поговорим немного позже.

Валовый подшипник качения

Следом за коллектором на валу располагается подшипник качения, обеспечивающий плавное вращение. Сверху он защищен специальным полимерным кольцом, защищающим его от пыли.

Совет! Одной из частых поломок электрических двигателей, является выход из строя подшипника. Если вовремя не заменить этот небольшой элемент конструкции, то запросто можно спалить весь двигатель.

С обратной стороны обмотки, на том же валу, располагается крыльчатка, поток воздуха от которой эффективно охлаждает двигатель.
Следом за крыльчаткой обычно крепится привод, отличающийся параметрами, в зависимости от назначения агрегата, в котором двигатель постоянного тока установлен.

В принципе, на этом все. Как видите, конструкция достаточно проста, и что немаловажно, очень эффективна.

Особенности коллекторных двигателей

Перфоратор в разрезе: такие двигатели универсальны и могут работать как от постоянного, так и от переменного тока, но только при соответствующем подключении

Вообще коллекторный двигатель – это действительно хорошее устройство. Такие агрегаты легчайшим образом поддаются регулировке. Повысить, опустить обороты – не проблема. Дать четкий крутящий момент или жесткую механическую характеристику – запросто.

Однако, несмотря на ряд неоспоримых преимуществ, двигатель имеет повышенную сложность сборки, относительно двигателей переменного тока с самовозбуждающимся ротором или других бесколлекторных агрегатов, а также меньшую надежность. И вся загвоздка состоит в этом самом коллекторе.

Этот узел достаточно дорог, а цена его ремонта иной раз сопоставима с новой деталью, если вообще возможность восстановления имеется.
Он забивается при работе токопроводящей пылью, что со временем может стать причиной выхода из строя всего двигателя.
Коллектор искрит, создавая при этом помехи, а при высокой нагрузке так и вовсе может полыхнуть, создавая круговой огонь. В таком случае его закоротит дугой, что несовместимо с жизнью двигателя.

Выше мы уже сказали, что его задача менять направление тока в витках обмотки, а теперь хотим разобрать вопрос подробнее.

Все гениальное просто

Итак, по сути, данная часть ротора служит выпрямителем тока, то есть переменный ток становится, проходя через него, постоянным, что справедливо для генераторов, или меняет направление тока, если речь идет о двигателях.
В случае рассмотренного выше примера с вращающейся в магнитном поле рамкой, требовался коллектор, состоящий из двух изолированных полуколец.
Концы рамки подключаются к разным полукольцам, что не позволяет цепи накоротко замкнуться.
Как мы помним, коллектор контактирует с щетками, которые установлены таким образом, чтобы они одновременно не контактировали друг с другом и меняли полукольца при прохождении рамкой нулевой точки.

Работа коллектора

Все предельно просто, однако такие двигатели и генераторы не могут быть нормальной мощности в силу конструктива. В результате якорь стали делать с множеством витков, чтобы активные проводники всегда находились максимально близко к полюсам магнита, ведь, вспоминая закон электромагнитной индукции, становится ясно, что именно это положение самое эффективное.

Раз увеличивается количество витков, значит, требуется разбить коллектор на большее число частей, что собственно и является причиной сложности изготовления и дороговизны этого элемента.

Альтернатива коллекторному двигателю

Бесщеточный двигатель постоянного тока

В электронике уже давно царит век полупроводников, что позволяет изготавливать надежные и компактные микросхемы. Так зачем же мы до сих пор пользуемся коллекторными двигателями? А действительно?

Инженеры тоже не оставили вопрос незамеченным. В результате коллектор сменили силовые ключи, дополнительно в конструкции появились датчики, регистрирующие текущее положение ротора, чтобы система автоматически определяла момент переключения обмотки.
Как мы помним, нет никакой разницы, двигается ли магнит относительно проводника, либо же это происходит наоборот. Поэтому якорем становится статор, а на роторе располагается постоянный магнит или простейшая обмотка, соединенная с питанием через контактные кольца, который вращать внутри конструкции намного проще.

Контактные кольца в простейшем генераторе переменного тока

Строение контактных колец чем-то напоминает коллектор, однако они намного надежнее и изготавливать их в условиях производства проще.

В итоге получился новый тип двигателя, а именно бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Устройству доступны те же преимущества, что и коллекторному двигателю, но от надоедливого коллектора мы избавляется.

Однако такие двигатели применяются только в дорогих аппаратах, тогда как простая техника, например соковыжималка или тот же перфоратор будут рентабельнее в производстве, если ставить на них уже классические коллекторные модели двигателей.

Управление двигателем постоянного тока

Принципиальная электрическая схема управления электродвигателями постоянного тока с реверсом

Итак, как вы уже поняли, основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в инвертировании направления тока в якорной цепи, иначе бы возникало торможение, приводящее к стопорению мотора. Таким образом, реализуется вращение мотора в одну сторону, но такой режим не единственный, и двигатель можно заставить вращаться в обратном направлении.

Для этого достаточно поменять направление тока в возбуждающей обмотке, или сменить местами щетки, через которые подается питание на обмотку ротора.

Совет! Если сделать одновременно обе эти манипуляции, то с двигателем ничего не произойдет, и он продолжит вращаться в том же направлении, что и ранее.

Однако это не все моменты, которые требуется регулировать в таком двигателе. Когда вам требуется четко управлять оборотами такого агрегата, или организовать специальный режим управления оборотами, помимо тумблеров и переключателей в схему управления включаются более сложные элементы.

Система управления может быть по-настоящему сложной

При этом следует учитывать следующие недостатки коллекторных двигателей: низкий момент на малых оборотах вращения двигателя, из-за чего приборам требуется редуктор, что удорожает и усложняет конструкцию; генерация сильных помех; ну и низкая надежность коллектора, про что мы писали выше.
Также в расчет берется то, что потребление тока и скорость вращения вала зависят и от механической нагрузки на валу.
Итак, основной параметр, определяющий скорость вращения вала – это подаваемое напряжение на обмотку, поэтому, следуя логике, для управления этим параметром применяются устройства, регулирующие выходное напряжение.

Схемы управления двигателем на базе интегральной микросхемы LM317

Такими устройствами являются регулируемые стабилизаторы напряжения. На сегодняшний день целесообразнее использовать дешевые компенсационные интегральные стабилизаторы, типа LM Схема управления с таким устройством показана на схеме выше.

Компактный стабилизатор

Схема довольно примитивная, но, кажется, достаточно простой, а главное эффективной и недорогой. Мы видим, что ограничение выходного напряжения регулируется дополнительным резистором, обозначенным как Rlim, расчет сопротивления которого имеется в спецификации. При этом стоит понимать, что он ухудшает характеристику всей схемы, как стабилизатора.
Мы видим, что представлено два варианты схемы, какая из них будет показывать себя лучше? Вариант «а» выдает линейную характеристику удобного регулирования, благодаря чему очень популярен.
Вариант «б», наоборот», характеристику имеет нелинейную. Фактическая разница будет заметна при выходе из строя переменного резистора: в первом случае мы получим максимальную скорость вращения, а во втором – наоборот, минимальную.

Не будем больше углубляться в дебри, так как статья у нас по большей части ознакомительная. Мы разобрали принципы действия двигателей постоянного тока, а это уже что-то. Если вопрос вас заинтересовал, то обязательно просмотрите следующее видео. А на этом мы прощаемся с вами! Всего хорошего!

Двигатели постоянного тока

, бесщеточные двигатели постоянного тока, двигатели постоянного тока на 12 В и 24 В

Двигатели постоянного тока

или двигатели постоянного тока используются во всех типах приложений. По сути, они преобразуют электрическую энергию в механическую, принимая электрическую энергию через постоянный ток, превращая ее в механическое вращение.

В Allied Electronics мы храним сотни электродвигателей постоянного тока, которые готовы к отправке в тот же день. Мы предлагаем надежные продукты, разработанные ведущими производителями, включая AMETEK Pittman, Globe Motors и Crouzet.

Прочтите дополнительную информацию о двигателях постоянного тока, их преимуществах и областях применения, в которых они могут использоваться.

Что такое двигатели постоянного тока?

Двигатель постоянного тока — это любая вращающаяся электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую. Они могут различаться по размеру и мощности, от небольших двигателей, которые вы можете найти в игрушках и приборах, до гораздо более крупных механизмов, приводящих в движение транспортные средства, лифты и подъемники.

Все двигатели, включая двигатель постоянного тока 12 В и двигатель постоянного тока 24 В, содержат два ключевых элемента — статор и якорь.Статор — это неподвижная часть двигателя, а якорь вращается.

В очень простых двигателях постоянного тока используется неподвижный набор магнитов в статоре и катушка с проводом, через которую проходит ток, для создания электромагнитного поля, выровненного по центру катушки. Эти изолированные провода подключаются к контроллеру двигателя, который пропускает электрический ток.

Существует ряд различных типов двигателей постоянного тока, на которые следует обратить внимание при покупке запчастей для вашего приложения. Здесь мы объясним различия, чтобы вы могли выбрать подходящий.

Какие типы двигателей постоянного тока бывают?

Некоторые электродвигатели постоянного тока имеют определенные преимущества и недостатки друг перед другом. Взгляните на предлагаемые типы, чтобы выбрать, какой из них лучше всего подходит для вашего приложения.

Бесщеточные двигатели постоянного тока — также известные как двигатели с электронной коммутацией, они отличаются от щеточных двигателей благодаря развитию твердотельной электроники. Ключевое отличие состоит в том, что у них нет коммутатора, который заменен электронным сервомеханизмом, который может определять и регулировать угол наклона ротора.Еще одним преимуществом является то, что они более прочные и безопасные благодаря отсутствию щеток.

Щеточный двигатель постоянного тока — также известный как оригинальный двигатель постоянного тока, классический щеточный двигатель имеет коммутатор, который позволяет ему реверсировать ток каждые полцикла и создавать одно направление крутящего момента. Щеточный двигатель постоянного тока остается популярным для электрических силовых установок, кранов, бумагоделательных машин и сталепрокатных станов.

Для чего используются электродвигатели постоянного тока?

Благодаря наличию различных типов двигателей постоянного тока, этот элемент находит множество различных применений.От потолочных вентиляторов и гидравлических насосов до детских игрушек, таких как автомобили с дистанционным управлением и электрические велосипеды, есть бесконечные возможности для электродвигателей постоянного тока.

Почему стоит выбрать Allied Electronics для двигателей постоянного тока?

Allied Electronics предлагает широкий ассортимент двигателей постоянного тока для различных областей применения и проектов. Независимо от того, работаете ли вы в больших масштабах или занимаетесь дома, воспользуйтесь нашей функцией поиска, чтобы отфильтровать варианты по ключевым характеристикам, таким как номинальное напряжение, входная мощность, скорость и тип подшипника.

Мы являемся ведущим авторизованным дистрибьютором электродвигателей постоянного тока в Северной Америке. У нас есть продукты, которые предназначены для полного набора приложений, и каждый продукт соответствует самым высоким отраслевым стандартам.

Если у вас есть вопросы, свяжитесь с нами сегодня, и наша команда будет рада помочь. Вы также можете найти советы и подсказки в нашем экспертном центре.

Двигатель постоянного тока — MagLab

Электродвигатели превращают электричество в движение за счет использования электромагнитной индукции.

Ниже показан простой двигатель постоянного тока (DC).

Двигатель оснащен постоянным подковообразным магнитом (называемым статором , потому что он закреплен на месте) и вращающейся катушкой с проволокой, называемой якорем (или ротором , потому что он вращается). Якорь, по которому проходит ток, обеспечиваемый батареей и , является электромагнитом, потому что провод с током создает магнитное поле; невидимые силовые линии магнитного поля циркулируют по всему проводу якоря.

Ключ к созданию движения — это размещение электромагнита в магнитном поле постоянного магнита (его поле проходит от северного полюса к южному). Якорь испытывает силу, описываемую правилом левой руки. Это взаимодействие магнитных полей и движущихся заряженных частиц (электронов в токе) приводит к крутящему моменту (обозначенному зелеными стрелками), который заставляет якорь вращаться. Используйте кнопку Flip Battery , чтобы увидеть, что происходит, когда ток меняется на противоположное.Воспользуйтесь преимуществами ползунка Applet Speed  и кнопки Pause , чтобы лучше визуализировать эти силы.

Один поворот на 180 градусов — это все, что вы получили бы от этого двигателя, если бы не коммутатор с разъемным кольцом — круглое металлическое устройство, разделенное на половины (показано здесь красным и синим цветом), которое соединяет якорь к цепи. Электричество течет от положительного полюса батареи по цепи, проходит через медную щетку , щетку к коммутатору, а затем к якорю.Но этот поток меняется на противоположный в середине каждого полного оборота благодаря двум зазорам в коммутаторе. Это хитрый трюк: в первой половине каждого оборота ток течет в якорь через синюю часть коммутатора, заставляя ток течь в определенном направлении (обозначенном черными стрелками). Однако во второй половине вращения электричество проходит через красную половину коммутатора, заставляя ток течь в якорь и через него в противоположном направлении.Это постоянное реверсирование по существу превращает источник питания постоянного тока батареи в переменный ток, позволяя якорю испытывать крутящий момент в нужном направлении в нужное время, чтобы поддерживать его вращение.

Посмотреть анимационный видеоролик о двигателях постоянного тока.

Двигатели переменного и постоянного тока: различия и преимущества

Электродвигатели играют важную роль почти во всех отраслях промышленности. Использование двигателя правильного типа с высококачественными деталями и регулярным обслуживанием обеспечивает бесперебойную работу вашего предприятия и предотвращает повреждение оконечного оборудования из-за износа или скачков напряжения.

Gainesville Industrial Electric может помочь вашей компании выбрать правильные промышленные электродвигатели и детали для ваших приложений.

A Primer on Electric Motors

Электродвигатели — это машины, которые преобразуют электрическую энергию — либо из накопленной мощности, либо из прямого электрического соединения — в механическую энергию посредством создания вращательной силы. Два основных типа электродвигателей :

Электродвигатели переменного тока , которые питаются от переменного тока
Электродвигатели постоянного тока , которые питаются постоянным током

Как работают электродвигатели

И переменного тока, и Электродвигатели постоянного тока используют электрический ток для создания вращающихся магнитных полей, которые, в свою очередь, создают вращательную механическую силу в якоре, расположенном на роторе или статоре, вокруг вала.В различных конструкциях двигателей используется одна и та же базовая концепция для преобразования электрической энергии в мощные всплески силы и обеспечения динамических уровней скорости или мощности.

Компоненты главного двигателя

Хотя электродвигатели могут отличаться от одной конструкции или типа к другому, многие из них содержат эти детали и узлы (расположены от центра, направленного наружу):

Центральный вал двигателя
Обмотки
Подшипники (для уменьшения трения и износа)
Якорь (расположен на роторе, вращающейся части или статоре, неподвижной части)
Щетки (в двигателях постоянного тока)
Клеммы
Рама и торцевые щитки

Типы электродвигателей: AC vs.Двигатели постоянного тока

Двигатели переменного и постоянного тока — это широкие категории двигателей, которые включают меньшие подтипы. Например, асинхронные двигатели, линейные двигатели и синхронные двигатели — это все типы двигателей переменного тока. Двигатели переменного тока также могут включать в себя частотно-регулируемые приводы для управления скоростью и крутящим моментом двигателя, в то время как двигатели постоянного тока доступны в моделях с самовозбуждением и с раздельным возбуждением.

Привод с регулируемой скоростью переменного тока

Двигатель переменного тока по сравнению с двигателем постоянного тока Преимущества

Каждый тип двигателя имеет различные преимущества, которые делают их наиболее подходящими для различных коммерческих и промышленных применений.Например, электродвигатели переменного тока серии отличаются гибкостью и простотой управления. Некоторые из их других преимуществ включают:

Низкие требования к мощности при запуске, которые также защищают компоненты на принимающей стороне
Контролируемые уровни пускового тока и ускорения используйте
Высокая надежность и более длительный срок службы
Возможности для многофазных конфигураций

Двигатели постоянного тока также обладают собственными преимуществами , такими как:

Более простая установка и обслуживание
Высокая пусковая мощность и крутящий момент
Быстрое время отклика на запуск, остановку и ускорение
Доступность для нескольких стандартных напряжений

Какой двигатель более мощный: переменного или постоянного тока?

Двигатели переменного тока обычно считаются более мощными, чем двигатели постоянного тока, поскольку они могут создавать более высокий крутящий момент за счет использования более мощного тока.Однако двигатели постоянного тока обычно более эффективны и лучше используют входную энергию. Двигатели переменного и постоянного тока бывают разных размеров и мощностей, которые могут удовлетворить любые отраслевые требования к питанию.

Применение двигателей переменного и постоянного тока

Двигатели переменного и постоянного тока находят применение в технологических процессах и объектах практически во всех отраслях промышленности. Некоторые из наиболее распространенных промышленных применений для двигателей переменного тока включают:

Приборы
Приводы и системы компрессоров
Компьютеры
Конвейерные системы
Вентиляторы и кондиционеры
Гидравлические и ирригационные насосы
Транспортное оборудование

Типичные промышленные применения двигателей постоянного тока включают:

Производство и производственные единицы
Оборудование, требующее постоянной мощности, такое как пылесосы, лифты и швейные машины
Оборудование для складской сортировки

Выбор подходящего электрического Электродвигатель для вашего промышленного применения

Установка и обслуживание правильных электродвигателей на предприятиях и оборудовании вашей компании является важным шагом к обеспечению бесперебойной работы и производства.

Gainesville Industrial Electric продает и обслуживает двигатели переменного и постоянного тока, запчасти и многое другое. Мы также являемся авторизованным заводским гарантийным центром. Чтобы получить помощь в выборе подходящего электродвигателя или промышленной сборки для вашего применения, свяжитесь с нами или запросите дополнительную информацию сегодня, чтобы получить ценовое предложение.

Связанное содержание:

Двигатели переменного или постоянного тока?

Очевидно, мы не имеем в виду AC-DC, группу «Highway to Hell» и «Back in Black».Вместо этого мы задаем вопрос, ответ на который определяет первый инженерный выбор, другими словами «двигатель переменного или постоянного тока»?
Следует отметить, что этот выбор касается только типа источника питания двигателя, даже до выбора точного технологического решения. Фактически, тип источника питания определяет некоторые важные конструктивные характеристики привода и, следовательно, влияет на его тип использования и относительные характеристики.
Попробуем же дать ответ на вопрос: переменный или постоянный ток?

Электродвигатели постоянного тока

Большие, массивные и мощные, они являются наследием эпохи, когда регулирование в ожидании будущих технологий ШИМ было возможно только в системах постоянного тока.
В частности, наиболее эффективная структурная типология двигателей постоянного тока предусматривала возможность независимого регулирования напряжения и тока возбуждения (т. Е. Обмотки статора, если она используется в качестве замены постоянных магнитов), а также напряжения и тока якоря (т. Е. Ротора). С помощью конфигураций, подобных описанной выше (называемой с независимым регулированием), можно было получить определенные рабочие характеристики для каждого типа применения.
Своевременно регулируя, например, величины напряжения и тока, можно было получить ситуации, в которых крутящий момент был максимальным при пусках с места, а затем уменьшался почти линейно с увеличением скорости.Это были (и остаются) типичные требования к приводам. Однако, помимо практических ситуаций, мы анализируем, какие преимущества и недостатки связаны с использованием этого типа двигателя.

Щетки и искры

Конструктивно все двигатели постоянного тока имеют фазный ротор; ясно, что для сохранения постоянного направления вращения необходимо подавать ток якоря, чтобы генерируемое магнитное поле всегда взаимодействовало в одном и том же смысле с магнитным полем статора; однако, поскольку ротор вращается на собственном валу, магнитное взаимодействие между магнитным полем ротора (подвижное вращающееся) и магнитным полем статора (фиксированное) меняет направление каждые 180 °; двигатель постоянного тока, запитанный таким образом, вместо того, чтобы вращаться, фактически будет колебаться между положением 0 ° и положением 180 °.Распространяя рассуждения на каждую угловую дробь, мы делаем вывод, что часть обмотки ротора, которая должна быть запитана на каждой угловой доле, отличается от той, что была в предыдущей дроби, и от одной из последующих дробей.
Таким образом, в двигателях постоянного тока обмотка ротора фактически состоит из множества секций, и каждая из них получает питание на определенную долю угла поворота.
При этом вал ротора двигателей постоянного тока всегда снабжен кольцом, разделенным на продольные сектора, изолированные друг от друга, каждая пара из которых действует как контактный вывод для секции обмотки якоря.
Поскольку ротор вращается, источник питания ротора, который обеспечивается скользящими контактами (щетками), последовательно питает различные секции обмотки ротора, поддерживая взаимодействие между магнитными полями постоянным и максимальным.
Следовательно, двигатели постоянного тока предполагают несколько переключений цепи во время их вращения; мы даже можем утверждать, что чем выше число переключения (т.е. чем больше дробится обмотка ротора), тем больше двигатель предлагает постоянный крутящий момент, соответствующий максимальному из возможных.К сожалению, каждое переключение требует, чтобы щетки размыкали цепь и немедленно замыкали следующую, а это означает образование искры, которая, как таковая, является источником радиоэлектрических помех; такие помехи, в зависимости от мощности двигателя и скорости вращения, также могут быть заметными и препятствовать или влиять на работу других смежных электронных частей. Затем к этому проблемному аспекту добавляются затраты на простои оборудования, обусловленные необходимым периодическим обслуживанием из-за износа скользящих контактов.

Переменный ток: нет помех

Двигатели переменного тока в подавляющем большинстве случаев не нуждаются в скользящих контактах, поскольку ротор не намотан; в приводах этого типа магнитное поле подвижной части создается индукцией непосредственно той частью, которая закреплена на своего рода «виртуальной» обмотке ротора, существующей благодаря своей структурной форме, названной «беличьей клеткой».
Для сведения, в технической литературе эти двигатели называются по-разному, в том числе «асинхронные двигатели», «асинхронные двигатели», «двигатели с короткозамкнутым ротором», а также, естественно, с явными ссылками на белки.
Отсутствие щеток и последующего искрения отменяет все требования к техническому обслуживанию, предъявляемые к двигателям постоянного тока, ограничивая операции по сбросу простой заменой подшипников в случае их износа. Более того, будучи конструктивно намного проще, чем двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока обеспечивают не второстепенное преимущество в виде низких инвестиционных затрат.
С другой стороны, этот тип двигателей сильно страдает от пусков с места, требуя даже в десять раз большего тока срабатывания, чем номинальный. Если не принять меры, это явление вызывает сильный перегрев, который во многих случаях может быть даже смертельным для двигателя.Электродвигатели переменного тока, используемые в тех случаях, когда не происходит частых остановок или замедлений, нуждаются в своевременной дополнительной вентиляции для охлаждения и / или в подходящем увеличении номинала.
Они не являются линейными элементами, и это еще более важная характеристика двигателей переменного тока: обеспечиваемый ими крутящий момент не является линейной функцией какой-либо значительной величины (напряжение, ток, скорость вращения и т. Д.), А вместо этого имеет тенденцию к колебаниям в номинальный рабочий диапазон с одним пиком при скорости вращения, приближающейся к максимально допустимой.Это означает, что на асинхронные двигатели возникают серьезные проблемы с регулированием скорости вращения, и, кроме простых приложений включения-выключения (например, насос или конвейерная лента), все асинхронные двигатели сегодня находят широкое применение в приложениях движения, только если они управляются с помощью соответствующая электроника (инвертор), способная линеаризовать их рабочую характеристику, т.е. сделать передаваемый крутящий момент постоянным.

Бесколлекторный лучше

Несколько лет назад кому-то пришла в голову идея объединить преимущества двигателей постоянного тока с преимуществами двигателей переменного тока: способность поддерживать максимальный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, раскрученный ротор и, следовательно, отсутствие скользящих контактов, возможность запусков и перезапусков. без перегрева, удобное регулирование скорости.
Новый класс двигателей с большим прагматизмом был назван «бесщеточным», то есть «без щеток», то есть без скользящих контактов.
Технические и функциональные характеристики приводов этого класса действительно примечательны: практически постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, раскрученный ротор, возможность постоянного изменения скорости без заметной потери крутящего момента, возможность частых остановок и перезапусков.
Поскольку в любом двигателе вращение происходит из-за взаимодействия между магнитными полями статора и ротора, если в бесщеточных типах ротор не намотан, это означает, что он должен быть в некотором роде магнитным; ротор, по сути, состоит из мощных постоянных магнитов, тогда как в статоре (с приводом) создается вращающееся магнитное поле, которое «увлекает» ротор.
Для обеспечения высокого крутящего момента магнитные поля должны быть очень интенсивными; статор можно сделать таким, используя подходящие значения тока, в то время как для ротора важно качество постоянных магнитов, которые, в зависимости от ситуации, изготавливаются из специальных материалов. Это объясняет одну из причин более высокой стоимости бесщеточного двигателя по сравнению со стандартным асинхронным двигателем.
Для достижения равномерного вращения и всегда максимально возможного крутящего момента внутри бесщеточных двигателей всегда размещен датчик углового положения ротора, который обеспечивает обратную связь с контроллером о том, как генерировать магнитное поле статора.
Такой датчик может быть дискретного типа, то есть способным распознавать только конечное количество угловых положений, или аналоговым, способным предоставлять различную информацию для каждого распознаваемого угла в соответствии с его разрешением.
Что касается дискретного датчика, ничего не меняется во всей угловой части, включенной между двумя различимыми положениями, этот тип бесщеточного двигателя питается от постоянного тока; двигатели, оборудованные аналоговыми датчиками, вместо этого питаются от синусоидального переменного тока, причем изменение углового положения соответствует эквивалентному изменению напряжения питания.
Очевидно, что более высокое разрешение обеспечивает лучшую однородность подачи крутящего момента.

Энергоэффективность

Двигатель — это объект, состоящий из двух частей: статора, который точно «остается» заодно с фиксирующей поверхностью, и ротора, который точно «вращается» внутри статора.
Очевидно, что ускорение или замедление объекта означает выигрыш в его инерции; тогда для всех очевидно, что инерция зависит от массы (для подтверждения достаточно попытаться толкнуть сначала велосипед, а затем грузовик).Ну, в двигателях с раскрученным ротором масса ротора ограничена и то с малой инерцией. Все это приводит к заметной экономии энергии, потому что вся поставляемая энергия используется для создания крутящего момента, а не для получения механической инерции, как это происходит в двигателях постоянного тока. Не только: низкая инерция означает также высокую динамику, то есть производительность при быстром изменении скорости, что в современных промышленных машинах неизбежно.
Сначала в рейтинге энергоэффективности идут двигатели переменного тока с раскрученным ротором, то есть асинхронные и бесщеточные.Однако, если на карту поставлена плотность энергии, то настоящие победители — бесщеточные, потому что благодаря наиболее эффективному взаимодействию между магнитными полями с той же мощностью, что и у асинхронных конкурентов, они имеют гораздо меньшие физические размеры; это, в первую очередь, промышленное оборудование, почти так же непреложно.
Последние, но не по этой причине незначительные, двигатели постоянного тока, которые, даже будучи пожирателями энергии, обеспечивают высокие характеристики в таких критических секторах, как привод и подъемные машины. (Альберто Пивари)

Электродвигатель постоянного тока

| Комплектные агрегаты, детали | Электромагнитные переключатели

Комплектные устройства, комплектующие и электромагнитные переключатели

Дистрибьюторы

Elreg поставляют большой ассортимент электродвигателей и соленоидов постоянного тока, которые используются во многих коммерческих и промышленных приложениях — от подъемников и вилочных погрузчиков до снегоочистителей для подъема ворот и насосов грунтовки.

Электродвигатели постоянного тока

долговечны и поэтому надежны, и дистрибьюторы Elreg гарантируют, что они будут поддерживать ваше оборудование в рабочем состоянии.

Марки электродвигателей постоянного тока, которые мы носим

Если вы привыкли использовать конкретный бренд в своей деятельности, мы это понимаем.

Вот почему Elreg Distributors предлагает широкий спектр марок и производителей электродвигателей постоянного тока.

Просмотрите все марки двигателей постоянного тока и соленоидных переключателей, которые мы предлагаем ниже.

Отрасли, которым мы с гордостью обслуживаем

Самый большой объем поставок электродвигателей постоянного тока приходится на дистрибьюторов Elreg.

Работаете ли вы в сфере погрузочно-разгрузочных работ или в горнодобывающей промышленности, у нас есть электродвигатели постоянного тока и соленоидные переключатели, которые помогут вам поддерживать работу вашего оборудования.

Посмотрите все отрасли, которые мы здесь обслуживаем.

Ищете что-то еще? У нас есть генераторы, стартеры и многое другое!

Не можете найти здесь то, что ищете? Или поняли, что кроме электродвигателя постоянного тока нужно что-то еще?

Дистрибьюторы

Elreg поставляют генераторы, стартеры и подкачивающие насосы нагревателя для всех нужд вашей отрасли.

Нужна помощь в выяснении того, что вам нужно?

Если вам нужна помощь в определении типа оборудования, необходимого для вашего автопарка, поговорите с членом нашей команды, чтобы получить совет эксперта.

Щелкните в правом нижнем углу экрана, чтобы открыть наш чат в реальном времени, и вы можете работать со знающим членом нашей команды, чтобы выбрать детали, которые лучше всего подходят для вашего приложения, и мгновенно получить ценовое предложение.
Если мы не в сети, просмотрите наш каталог, добавьте свои продукты в корзину запросов, и мы свяжемся с вами с предложением в течение одного рабочего дня.

Начните общаться с нашими экспертами прямо сейчас и получите необходимую помощь.

Это нужно сейчас? Получите это быстро.

Не позволяйте ремонту или повреждению помешать вашей работе.

Чтобы свести к минимуму ваши потери, мы обеспечиваем ночную доставку практически в любую точку Северной Америки.

Международные отправления также могут быть отправлены воздушным транспортом с использованием всех основных международных курьеров.

Узнайте больше о наших вариантах доставки здесь.

Хотите больше информации?

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить дополнительную информацию о наших электродвигателях постоянного тока и других вращающихся электрических изделиях.

Позвоните нам сегодня, чтобы узнать, чем мы можем помочь!

Службы доставки для удовлетворения ваших конкретных потребностей

Когда парк выходит из строя, это влияет на вашу производительность.

Узнайте больше о наших вариантах доставки здесь.

Двигатель постоянного тока — обзор

25.1 Физика двигателя

Двигатели постоянного тока используют закон силы Лоренца ,

(25.1) F = ℓI × B,

, где F , I и B являются трехвекторными, B описывает магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, I — вектор тока (включая величину и направление тока, протекающего через проводник), ℓ — длина проводника в магнитном поле, а F — это сила на проводнике.В случае тока, перпендикулярного магнитному полю, силу легко понять, используя правило правой руки для перекрестных произведений: правой рукой укажите указательным пальцем вдоль направления тока, а средним пальцем — вдоль потока магнитного поля. линий. Ваш большой палец будет указывать в направлении силы (см. Рисунок 25.1).

Рисунок 25.1. Два магнита создают магнитное поле B , и ток I вдоль проводника вызывает силу F на проводнике.

Теперь давайте заменим проводник петлей из проволоки и заставим эту петлю вращаться вокруг своего центра. См. Рисунки 25.2 и 25.3. В одной половине цикла ток течет в страницу, а в другой половине цикла ток вытекает из страницы. Это создает силы противоположного направления на петле. Ссылаясь на рисунок 25.3, пусть величина силы, действующей на каждую половину петли, составляет f , и пусть d будет расстоянием от половин петли до центра петли.Тогда суммарный крутящий момент, действующий на контур вокруг его центра, можно записать в виде

Рисунок 25.2. Токоведущая петля из проволоки в магнитном поле.

Рисунок 25.3. Проволочная петля в магнитном поле, если смотреть с конца. Ток течет в страницу с одной стороны петли и выходит из страницы с другой, создавая силы противоположного направления на двух половинах петли. Эти противоположные силы создают крутящий момент на петле вокруг ее центра при большинстве углов θ петли.

τ = 2dfcosθ,

где θ — угол петли.Крутящий момент изменяется в зависимости от θ . Для — 90 ° < θ <90 °, крутящий момент положительный, и он максимален при θ = 0. График зависимости крутящего момента на контуре от θ показан на рисунке 25.4 (a ). Крутящий момент равен нулю при θ = -90 ° и 90 °, и из этих двух θ = 90 ° является устойчивым равновесием, а θ = -90 ° является неустойчивым равновесием. Следовательно, если мы пропустим через контур постоянный ток, он, скорее всего, остановится при θ = 90 °.

Рисунок 25.4. (а) Крутящий момент на контуре на рисунке 25.3 как функция его угла для постоянного тока. (b) Если мы изменим направление тока на противоположное под углами θ = -90 ° и θ = 90 °, мы можем сделать крутящий момент неотрицательным при всех θ . (c) Если мы используем несколько петель, смещенных друг относительно друга, сумма их крутящих моментов (жирная кривая) становится более постоянной как функция угла. Оставшаяся вариация способствует пульсации крутящего момента.

Чтобы сделать двигатель более полезным, мы можем изменить направление тока на θ = −90 ° и θ = 90 °, что делает крутящий момент неотрицательным при всех углах (Рисунок 25.4 (б)). Однако крутящий момент все еще равен нулю при θ = -90 ° и θ = 90 °, и он претерпевает большие изменения в зависимости от θ . Чтобы сделать крутящий момент более постоянным в зависимости от θ , мы можем ввести больше витков проволоки, каждая из которых смещена относительно других по углу, и каждая меняет свое текущее направление на соответствующие углы. петли проволоки смещены друг от друга на 120 °. Их составляющие крутящие моменты суммируются, чтобы получить более постоянный крутящий момент как функцию угла.Оставшееся изменение крутящего момента способствует зависящей от угла пульсации крутящего момента .

Наконец, чтобы увеличить создаваемый крутящий момент, каждый виток провода заменяется катушкой провода (также называемой обмоткой), которая многократно проходит вперед и назад через магнитное поле. Если катушка состоит из 100 контуров, она создает в 100 раз больший крутящий момент, чем одиночный контур для того же тока. Проволока, используемая для создания катушек в двигателях, например, магнитная проволока, очень тонкая, поэтому сопротивление от одного конца катушки к другому обычно составляет от долей до сотен Ом.

Как указывалось ранее, ток в катушках должен переключать направление под соответствующим углом, чтобы поддерживать неотрицательный крутящий момент. На рисунке 25.5 показано, как щеточные электродвигатели постоянного тока выполняют это реверсирование тока. Две входные клеммы подключены к щеткам , обычно изготовленным из мягкого проводящего материала, такого как графит, которые подпружинены и прижимаются к коммутатору , который подключен к катушкам двигателя. При вращении двигателя щетки скользят по коммутатору и переключаются между сегментами коммутатора , каждый из которых электрически соединен с концом одной или нескольких катушек.Это переключение изменяет направление тока через катушки. Этот процесс переключения тока через катушки в зависимости от угла поворота двигателя называется коммутацией . На рисунке 25.5 показана схема минимальной конструкции двигателя с тремя сегментами коммутатора и катушкой между каждой парой сегментов. Большинство высококачественных двигателей имеют больше сегментов коммутатора и катушек.

Рисунок 25.5. (Слева) схематический вид с торца на простой двигатель постоянного тока. Две щетки прижимаются к коммутатору пластинчатыми пружинами, которые электрически соединены с внешними клеммами двигателя.Этот коммутатор состоит из трех сегментов, и между каждой парой сегментов есть катушки. Магниты статора покрыты эпоксидной смолой внутри корпуса двигателя. (Справа) Этот двигатель Питтмана в разобранном виде имеет семь коллекторных сегментов. Две щетки прикреплены к корпусу двигателя, который в противном случае был бы удален. Внутри корпуса виден один из двух постоянных магнитов. Катушки намотаны вокруг ферромагнитного сердечника для увеличения магнитной проницаемости. Этот двигатель имеет редуктор на выходе.

В отличие от упрощенного примера на рисунке 25.4, геометрия щеточно-коммутатора означает, что каждая катушка в реальном щеточном двигателе запитывается только при подмножестве углов двигателя. Помимо того, что это является следствием геометрии, это дает дополнительное преимущество, заключающееся в предотвращении потерь мощности, когда ток через катушку обеспечивает небольшой крутящий момент. Рисунок 25.6 является более реалистичной версией рисунка 25.4 (c).

Рисунок 25.6. На рисунке 25.4 (c) показана сумма крутящих моментов трех катушек, смещенных на 120 °, если все они находятся под напряжением одновременно. Однако геометрия щеток и коммутатора гарантирует, что не все катушки запитываются одновременно.На этом рисунке показан зависящий от угла крутящий момент трехкатушечного щеточного двигателя, у которого одновременно запитана только одна катушка, что примерно соответствует тому, что происходит, если щетки на рисунке 25.5 маленькие. Катушка под напряжением находится под лучшим углом для создания крутящего момента. Результатом является крутящий момент двигателя, показанный жирной кривой; более тонкие кривые — это крутящие моменты, которые были бы обеспечены другими катушками, если бы они были под напряжением. Сравнение этого рисунка с рисунком 25.4 (c) показывает, что этот более реалистичный двигатель производит половину крутящего момента, но использует только одну треть электроэнергии, поскольку только одна из трех катушек находится под напряжением.Энергия не тратится впустую, пропуская ток через катушки, которые генерируют небольшой крутящий момент.

Стационарная часть двигателя, прикрепленная к корпусу, называется статором, а вращающаяся часть двигателя называется ротором.

На рис. 25.7 показан разрез щеточного двигателя Maxon, обнажающий щетки, коммутатор, магниты и обмотки. На рисунке также показаны другие элементы типичного применения двигателя: энкодер, прикрепленный к одному концу вала двигателя для обеспечения обратной связи по углу, и редуктор, прикрепленный к другому концу вала двигателя.Выходной вал редуктора обеспечивает более низкую скорость, но более высокий крутящий момент, чем выходной вал двигателя.

Рисунок 25.7. Разрез щеточного двигателя Maxon с энкодером и планетарным редуктором. Щетки подпружинены напротив коллектора. Схема внизу слева представляет собой упрощенное поперечное сечение, на котором неподвижные части двигателя (статор) показаны темно-серым цветом, а вращающиеся части двигателя (ротор) — светло-серым. В этой геометрии двигателя без сердечника обмотки вращаются в зазоре между постоянными магнитами и корпусом.

(Изображение в разрезе любезно предоставлено Maxon Precision Motors, Inc., maxonmotorusa.com.)
Бесщеточные двигатели представляют собой вариант, в котором используется электронная коммутация, а не щеточная коммутация. Подробнее о бесщеточных двигателях постоянного тока см. В главе 29.5.
Руководство по выбору двигателей постоянного тока: типы, характеристики, применение
Двигатели постоянного тока
— это электродвигатели, которые питаются от постоянного тока (DC), например, от батареи или источника постоянного тока. Их коммутация может быть щеткой или бесщеточной.Скорость щеточного двигателя постоянного тока можно контролировать, изменяя только напряжение. Напротив, двигатель переменного тока питается от переменного тока (AC), который определяется как напряжением, так и частотой. Следовательно, двигатели, которые питаются от сети переменного тока, требуют изменения частоты для изменения скорости, что требует более сложного и дорогостоящего управления скоростью. Это делает двигатели постоянного тока более подходящими для оборудования, начиная от автомобильных систем на 12 В постоянного тока и заканчивая конвейерными двигателями, которые требуют точного регулирования скорости в диапазоне скоростей выше и ниже номинальных.
При выборе двигателей постоянного тока промышленные покупатели должны определить ключевые характеристики производительности, определить требования к конструкции и размеру, а также учесть экологические требования, предъявляемые к их применению. Это руководство по выбору призвано помочь в этом процессе.
Технические характеристики
Скорость, крутящий момент и рабочее напряжение являются наиболее важными рабочими параметрами для двигателей постоянного тока. В таблицах данных поставщика эти характеристики указаны в виде числовых значений.
Требования к приложениям
Покупатели должны сравнить то, что указано в техническом описании двигателя постоянного тока, с требованиями их собственных приложений. Поскольку выходные параметры двигателя взаимозависимы, пользователь GlobalSpec может определить одну или две спецификации. Остальные характеристики зависят от этого выбора.
Скорость вала : двигатель постоянного тока подает напряжение ( В, ) для вращения вала с пропорциональной скоростью вращения ( ω ).Спецификации скорости вала обычно относятся к скорости холостого хода, то есть максимальной скорости, которую двигатель может достичь без приложения крутящего момента. Обычно скорость вала указывается в оборотах или оборотах в минуту (об / мин). Эти обороты или обороты могут быть связаны с количеством радиан, чтобы выразить скорость двигателя в радианах в секунду (рад / с). Для численных расчетов более удобна эта единица скорости вращения. Следующая формула описывает соотношение между радианами в секунду и оборотами или оборотами в минуту.
ω _{рад / с} = ω _{об / мин} · (2π / 60)
Для идеального двигателя постоянного тока скорость вращения пропорциональна подаваемому напряжению, или
ω = j · V
где j — коэффициент пропорциональности в единицах рад / (с-В).
Совет по проектированию : Для оптимальной продолжительной работы двигатели постоянного тока обычно работают на 70-90% скорости холостого хода.
Выходной крутящий момент : Вращение вала создает в двигателе вращающую силу, называемую крутящим моментом ( τ ).Это нагрузка, которую двигатель может создать или выдержать. Крутящий момент указывается в единицах «сила-расстояние» (фунт-фут, унция-дюйм, Н-м и т. Д.). Характеристики крутящего момента обычно относятся к крутящему моменту при остановке и непрерывному крутящему моменту. Крутящий момент при остановке — это τ, при котором скорость вала равна нулю или двигатель глохнет. Непрерывный крутящий момент — это максимальное значение τ при нормальных условиях работы. Обратите внимание, что крутящий момент (τ) двигателя постоянного тока пропорционален току якоря (I) , а константа пропорциональности — это постоянная крутящего момента (k) .Следующее уравнение описывает отношения между крутящим моментом и током.
τ = k · I
или
I = τ / к
Важность постоянной крутящего момента очевидна из приведенного выше уравнения. Для заданного крутящего момента высокое значение k ограничивает ток до низкого значения. Это показатель эффективности, поскольку меньшее потребление тока означает меньшее рассеивание мощности (тепла). Постоянная крутящего момента и крутящий момент, создаваемый ротором, позволяют нам рассчитать ток через якорь, который используется для расчета номинальных температур (как показано ниже).
Совет по проектированию : Микродвигатели постоянного тока обычно работают при 10-30% от их крутящего момента при остановке (крутящий момент, при котором скорость вала равна нулю или двигатель останавливается). Двигатели, которые постоянно подвергаются более высоким нагрузкам, более подвержены механическим сбоям или деградации, связанной с нагревом.
Рис. 1 — Этот график иллюстрирует взаимосвязь между крутящим моментом и скоростью, показывая максимальный крутящий момент (при остановке) при нулевой скорости и максимальную скорость (без нагрузки) при нулевом крутящем моменте.
Доступное напряжение : Двигатели постоянного тока могут быть разработаны для работы при указанном напряжении, если доступен только небольшой или конкретный диапазон источников питания. Указанное напряжение определяет номинальную скорость двигателя. Обычно напряжение указывается в вольтах (В).
Производные спецификации
Таблицы данных двигателей постоянного тока
также содержат параметры, которые основаны на основных требованиях или связаны с ними.
Выходная мощность : Обычная и важная спецификация, номинальная выходная мощность ( P _O ) является произведением номинального крутящего момента и скорости двигателя. В форме уравнения выходная мощность определяется выражением
.
P _O = τ · ω
Максимальная выходная мощность достигается при 50% скорости холостого хода и 50% крутящего момента при остановке Многие поставщики указывают выходную мощность в лошадиных силах (л.с.).Чтобы преобразовать расчетное значение мощности из единиц ватт (Вт) в единицы л.с., разделите мощность в ваттах на 746.

Совет по проектированию : Номинальная мощность двигателя должна как минимум вдвое превышать требуемую (расчетную) мощность. Это обеспечивает достаточную мощность для работы, чтобы двигатель не перегружался.
Рассеивание мощности : Ток, производимый в двигателе постоянного тока, рассеивает мощность ( P _dis ) и нагревает двигатель.Общая рассеиваемая мощность связана с общим сопротивлением системы ( R _T ), которое представляет собой сопротивление всей системы двигателя, включая потери на трение в статоре ( R _{статора} ) и роторе (ротор R _). ). Ток двигателя позволяет нам рассчитать рассеиваемую мощность и, в свою очередь, увеличение температуры ротора ( ΔT ) из-за вращения. Исходя из ΔT, общая температура двигателя ( T _M ) вычисляется путем добавления температуры окружающей среды ( T _env ).Следующие уравнения иллюстрируют шаги, используемые для расчета конечной температуры двигателя
.
P _dis = I ² R _T
R _T = R _ротор + R _статор (кроме двигателей с постоянными магнитами)
ΔT = P _дис (R _до)
T _M = T _env + ΔT
Совет по проектированию : Чтобы продлить срок службы и производительность продукта, выберите двигатель с большей разницей между максимальной рабочей температурой и общей температурой двигателя.Как показывает практика, на каждые 10 ° C температура двигателя превышает номинальную, срок службы изоляции сокращается вдвое. С каждым охлаждением на 10 ° C срок службы изоляции увеличивается вдвое.
Моторостроение
Пригодность двигателя постоянного тока для применения также зависит от его конструкции, что является еще одним аспектом процесса выбора.
Типы двигателей постоянного тока
Существует несколько различных типов двигателей постоянного тока, каждый из которых имеет преимущества в зависимости от конструкции двигателя.
Двигатели с параллельной обмоткой демонстрируют минимальное изменение скорости в зависимости от диапазона нагрузки и могут быть настроены на постоянную мощность в регулируемом диапазоне скоростей. Они используются в приложениях, где требуется точный контроль скорости и крутящего момента.
Рисунок 2 — Типичная кривая крутящего момента и скорости для двигателя с параллельной обмоткой с относительно постоянным крутящим моментом в большом диапазоне скоростей. График Предоставлено: Baldor Electric Company
Двигатели с обмоткой серии демонстрируют высокие пусковые моменты для постоянно прикрепленных нагрузок, которые необходимы для предотвращения повреждений в условиях высоких скоростей.Эти двигатели развивают большой крутящий момент и могут работать на низких скоростях. Они лучше всего подходят для тяжелых промышленных применений, когда тяжелые грузы перемещаются медленно, а более легкие — быстро.
Рисунок 3 — Типичная кривая крутящего момента и скорости для двигателей с последовательным заводом, с высоким крутящим моментом при низкой скорости.
График Предоставлено: Baldor Electric Company
Двигатели со смешанной обмоткой разработаны как с последовательной, так и с параллельной обмоткой для применений с постоянной скоростью, требующих более высокого крутящего момента.Они часто используются там, где основной нагрузкой является высокий пусковой крутящий момент, а регулируемая скорость не требуется. Применения включают лифты, подъемники и промышленное торговое оборудование.
Рисунок 4 — Типичная скорость крутящего момента для двигателей с комбинированной обмоткой, сочетающая характеристики параллельной обмотки и последовательной обмотки. График Предоставлено: Baldor Electric Company
Постоянный магнит Двигатели имеют магнит, постоянно встроенный в узел, и отсутствие поля намотки.Они обеспечивают постоянную скорость при переменной нагрузке (нулевое скольжение) и отличный пусковой момент. По сравнению с намотанными типами, конструкция с постоянными магнитами обеспечивает более высокую эффективность, но меньшее регулирование скорости.
Рисунок 5 — Типичная кривая скорости для двигателей с постоянными магнитами с линейной пропорциональностью крутящего момента и скорости.
График Предоставлено: Baldor Electric Company
Дисковый якорь В двигателях , также называемых двигателями с «блинчиком» или «печатным якорем», используются плоские роторы, приводимые в движение выровненным по оси магнитным полем.Их тонкая конструкция обеспечивает низкую инерцию, что приводит к высокому ускорению. Эти двигатели подходят для приложений, требующих быстрого запуска и останова при постоянной нагрузке, например, в электромобиле.
Двигатели без сердечника и без слота имеют цилиндрическую обмотку, которая физически находится вне набора постоянных магнитов. Поскольку обмотка многослойная и исключает железный сепаратор, эти конструкции имеют гораздо меньшую инерцию. Они отличаются высоким ускорением, высокой эффективностью, отличным контролем скорости и практически отсутствием вибрации.Они обычно используются в качестве серводвигателей для приложений управления технологическими процессами.
Коммутация
Коммутация двигателя постоянного тока
может быть щеточной или бесщеточной, что дает определенные преимущества.
Щеточные двигатели используют контактные щетки, которые подключаются к коммутатору для изменения направления тока. Щеточная конструкция дешевле, чем бесщеточная, а управление щеточными двигателями просто и недорого. Щеточные двигатели требуют периодического обслуживания для замены изношенных щеток, но могут работать в экстремальных условиях из-за отсутствия электроники.
Бесщеточные двигатели используют постоянный магнит, встроенный в узел ротора. Они могут использовать одно или несколько устройств на эффекте Холла для определения положения ротора, а соответствующая приводная электроника управляет вращением (скоростью) вала. Бесщеточные двигатели похожи на двигатели переменного тока, но имеют электронную коммутацию (ESM), поэтому они могут питаться от постоянного тока. Бесщеточная коммутация более эффективна, требует меньшего обслуживания, генерирует меньше шума и имеет более высокую плотность мощности и диапазон скоростей, чем щеточная коммутация.Однако электроника бесщеточных двигателей обычно способствует их более высокой капитальной стоимости, сложности и экологическим ограничениям.
Размеры и условия окружающей среды
При выборе двигателей постоянного тока покупатели также должны учитывать область проектирования и факторы окружающей среды.
Рекомендации по выбору размеров
Если двигатель постоянного тока должен умещаться в пространстве или соответствовать требованиям по весу, то физические характеристики могут быть важными факторами выбора.Конфигурация вала и встроенная передача также являются важными факторами.
Конфигурация вала определяет, как двигатель установлен и подключен к системе, которую он питает. Выбор вала важен для совместимости системы. Оптимальный выбор повышает эффективность и позволяет сэкономить время и деньги во время сборки. Конфигурации могут включать в себя вогнутые, круглые, квадратные, шестиугольные, шлицевые, желобчатые, ступенчатые и винтовые типы.
Зубчатая передача используется в двигателях для увеличения или уменьшения скорости вала.Это имеет тенденцию к уменьшению объема или веса мотора. Типы шестерен, которые используются в двигателях постоянного тока, могут включать прямозубые, планетарные, гармонические, червячные или конические шестерни.
Соображения по охране окружающей среды
Наконец, покупателям двигателей постоянного тока может потребоваться учитывать условия окружающей среды или требования к применению при поиске продукции.
Рабочая температура следует учитывать при использовании чувствительного электронного оборудования, когда температура окружающей среды отличается от стандартных 40 ° C или когда окружающая среда может быть чувствительной к рассеиванию тепла двигателем.Могут быть установлены механизмы аддитивного охлаждения, чтобы противодействовать чрезмерному нагреву двигателя или окружающей среды.
Защита от коррозии следует учитывать в средах, где двигатель подвергается воздействию радиации, пыли или опасных веществ, которые могут его разрушить. Для защиты от загрязнения можно выбрать подходящий корпус двигателя и материалы.
Защита от воды следует учитывать, когда двигатель должен работать под воздействием воды.Уровни защиты варьируются от защиты от минимального вертикального попадания капель до полного погружения под давлением.
Статьи и темы по теме
Асинхронные двигатели или двигатели постоянного тока?
Приводы и средства управления двигателями постоянного тока
4 типа двигателей постоянного тока
В чем разница между щеточными двигателями постоянного тока и бесщеточными двигателями постоянного тока?
Список литературы
Integrated Publishing — Типы двигателей постоянного тока
Журнал EC&M — Рейтинги температуры двигателя
Plant Engineering — Как выбрать электродвигатель постоянного тока
MicroMo — Как выбрать двигатель постоянного тока
Dynetic Systems — Бесщеточный vs.Матовый
Baldor — Основная теория двигателя, рисунки 2-5
Изображение предоставлено: Dart Controls, Inc .; Galil Motion Control; Продукты Stock Drive / Sterling Instrument

Прочитать мнение пользователей о двигателях постоянного тока

.

Устройство электродвигателя постоянного тока

Принцип работы ДПТ

Виды электродвигателей постоянного тока

Преимущества электродвигателей постоянного тока

Недостатки электродвигателей постоянного тока

Области применения электродвигателей постоянного тока

Характеристики электродвигателей постоянного тока

Регулирование скорости электродвигателей постоянного тока

Заключение

Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды

Устройство и принцип работы

Для поочередной подачи тока на обмотки якоря применяются специальные щетки из сплава графита и меди.

Электродвигатели постоянного тока разделяют по характеру возбуждения:

Широко популярными двигатели постоянного тока стали в электрическом транспорте. Такие двигатели обычно входят в конструкции:

Похожие темы:

устройство, принцип работы, типы, управление

Устройство и описание ДПТ

Статор (индуктор)

Ротор (якорь)

Коллектор

Принцип работы

Типы ДПТ

По наличию щеточно-коллекторного узла

По виду конструкции магнитной системы статора

Управление

Механическая характеристика

Регулировочная характеристика

Области применения

Преимущества и недостатки

Видео в дополнение к написанному

Двигатель постоянного тока

Устройство двигателей постоянного тока

Принцип действия

Электродвигатель постоянного тока: принцип работы и действия, устройство, характеристики

Краткая история создания

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

Устройство электродвигателя постоянного тока

Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Асинхронный электродвигатель постоянного тока 220В и 380В.

Основа принципа действия

Электрический двигатель постоянного тока

Двигатели переменного тока

Как правильно эксплуатировать электродвигатель

устройство и принцип действия, конструкция и управление, применение дпт

Особенности и устройство ДПТ

История изобретения

Конструкция двигателя

Принцип действия и использование

Настройка скорости

Современное применение

Принцип Действия Двигателя Постоянного Тока: Что Нужно Знать

Немного истории и теории

Основные принципы функционирования

Строение двигателя

Продолжение теории

Строение электромотора постоянного тока

Особенности коллекторных двигателей

Альтернатива коллекторному двигателю

Управление двигателем постоянного тока

, бесщеточные двигатели постоянного тока, двигатели постоянного тока на 12 В и 24 В

Что такое двигатели постоянного тока?

Какие типы двигателей постоянного тока бывают?

Для чего используются электродвигатели постоянного тока?

Почему стоит выбрать Allied Electronics для двигателей постоянного тока?

Двигатель постоянного тока — MagLab

Двигатели переменного и постоянного тока: различия и преимущества

A Primer on Electric Motors

Как работают электродвигатели

Компоненты главного двигателя

Типы электродвигателей: AC vs.Двигатели постоянного тока

Двигатель переменного тока по сравнению с двигателем постоянного тока Преимущества

Какой двигатель более мощный: переменного или постоянного тока?

Применение двигателей переменного и постоянного тока

Выбор подходящего электрического Электродвигатель для вашего промышленного применения

Двигатели переменного или постоянного тока?

| Комплектные агрегаты, детали | Электромагнитные переключатели

Комплектные устройства, комплектующие и электромагнитные переключатели

Марки электродвигателей постоянного тока, которые мы носим

Отрасли, которым мы с гордостью обслуживаем

Ищете что-то еще? У нас есть генераторы, стартеры и многое другое!