Электродвигатель постоянного тока устройство и принцип действия. Электродвигатели постоянного тока: устройство, принцип действия и применение

Как устроен электродвигатель постоянного тока. Каковы основные компоненты двигателя постоянного тока. Как работает электродвигатель постоянного тока. Какие существуют типы двигателей постоянного тока. Где применяются электродвигатели постоянного тока.

Устройство электродвигателя постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока состоит из следующих основных частей:

• Статор — неподвижная часть двигателя, создающая основное магнитное поле
• Ротор (якорь) — вращающаяся часть, на которой расположена обмотка
• Коллектор — устройство для подачи тока в обмотку ротора
• Щетки — обеспечивают электрический контакт с коллектором
• Подшипники — поддерживают вал ротора
• Корпус — защищает внутренние части двигателя

Статор обычно выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого вращается ротор. На статоре расположены обмотки возбуждения или постоянные магниты, создающие магнитное поле. Ротор представляет собой цилиндрический сердечник с обмоткой, концы которой выведены на пластины коллектора.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Как работает электродвигатель постоянного тока? Принцип его действия основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора. При подаче напряжения на обмотку ротора через щетки и коллектор, в ней возникает электрический ток. Взаимодействие тока в обмотке ротора с магнитным полем статора создает вращающий момент, приводящий ротор в движение.

Коллектор обеспечивает непрерывное изменение направления тока в обмотке ротора, что необходимо для поддержания вращения. По мере поворота ротора щетки переходят с одной пластины коллектора на другую, меняя направление тока в секциях обмотки. Это позволяет поддерживать постоянное направление вращающего момента.

Типы двигателей постоянного тока

Существует несколько основных типов электродвигателей постоянного тока:

Двигатели с постоянными магнитами

В этих двигателях магнитное поле создается постоянными магнитами на статоре. Они компактны, но ограничены по мощности. Применяются в небольших устройствах.

Двигатели с электромагнитным возбуждением

Магнитное поле создается электромагнитами на статоре. Бывают следующих видов:

• С параллельным возбуждением — обмотка возбуждения подключена параллельно якорю
• С последовательным возбуждением — обмотка возбуждения включена последовательно с якорем
• Со смешанным возбуждением — комбинация параллельного и последовательного

Бесколлекторные двигатели

В них отсутствует щеточно-коллекторный узел, коммутация обмоток осуществляется электронным путем. Отличаются высокой надежностью.

Характеристики двигателей постоянного тока

Основными характеристиками электродвигателей постоянного тока являются:

• Номинальное напряжение питания
• Номинальная мощность
• Номинальная частота вращения
• Пусковой и номинальный токи
• КПД
• Пусковой и максимальный моменты

Двигатели постоянного тока отличаются хорошими пусковыми свойствами и возможностью плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.

Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока

Каковы плюсы и минусы использования электродвигателей постоянного тока?

Преимущества:

• Высокий пусковой момент
• Широкий диапазон регулирования скорости
• Линейные механические характеристики
• Компактность и высокая удельная мощность
• Простота управления скоростью

Недостатки:

• Наличие коллекторно-щеточного узла (кроме бесколлекторных)
• Необходимость регулярного обслуживания щеток и коллектора
• Искрение щеток
• Относительно высокая стоимость

Применение двигателей постоянного тока

Где используются электродвигатели постоянного тока? Основные области их применения:

• Электротранспорт (электромобили, электропогрузчики)
• Промышленные приводы с регулируемой скоростью
• Робототехника и сервоприводы
• Бытовая техника (пылесосы, дрели, миксеры)
• Автомобильное электрооборудование (стартеры, стеклоподъемники)
• Станки с ЧПУ
• Медицинское оборудование

Двигатели постоянного тока особенно востребованы там, где требуется широкий диапазон регулирования скорости, высокий пусковой момент и хорошая динамика.

Управление двигателем постоянного тока

Для управления скоростью вращения двигателя постоянного тока используются следующие основные способы:

• Изменение напряжения питания якоря
• Включение дополнительного сопротивления в цепь якоря
• Изменение магнитного потока возбуждения (для двигателей с электромагнитным возбуждением)

Наиболее распространенным является регулирование напряжения на якоре с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Этот метод позволяет плавно и экономично регулировать скорость в широком диапазоне.

Для реверса двигателя постоянного тока достаточно изменить полярность напряжения на якоре. Это легко реализуется с помощью переключателей или электронных ключей.

Техническое обслуживание двигателей постоянного тока

Для обеспечения надежной работы электродвигателей постоянного тока необходимо выполнять следующие мероприятия по техническому обслуживанию:

• Регулярная проверка состояния щеток и их своевременная замена
• Очистка коллектора от пыли и продуктов износа щеток
• Проверка и замена смазки в подшипниках
• Контроль сопротивления изоляции обмоток
• Проверка надежности электрических соединений

Периодичность обслуживания зависит от условий эксплуатации и типа двигателя. Бесколлекторные двигатели требуют минимального обслуживания.

Перспективы развития двигателей постоянного тока

Несмотря на конкуренцию со стороны асинхронных двигателей, электродвигатели постоянного тока продолжают совершенствоваться. Основные направления развития:

• Улучшение характеристик постоянных магнитов
• Совершенствование конструкции бесколлекторных двигателей
• Разработка новых материалов для щеток
• Применение современных методов управления
• Интеграция с силовой электроникой

Это позволяет создавать более эффективные, компактные и надежные двигатели постоянного тока, расширяя сферы их применения.

Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия и устройство. – www.motors33.ru

На рис. 1-1 представлена простейший электродвигатель постоянного тока, а на рис. 1-2 дано его схематическое изображение в осевом направлении. Неподвижная часть двигателя, называемая индуктор, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в электродвигателе основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).
Вращающаяся часть электродвигателя состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанном на рис. 1-1 и 1-2 простейшем электродвигателе имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.
Основной магнитный поток в нормальных электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока
Рис. 1-2. Работа простейшего электродвигателя постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б).

Генератор постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.

Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Двигатель постоянного тока.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.

Устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока

Содержание

• 1 Работа коллекторного двигателя
  • 1.1 По мере движения щеток по барабану возникает искра
  • 1.2 Для гашения искры применяются варисторы
  • 1.3 Съемные щечки на корпусе
  • 1.4 Искрение оборотов, срыв
• 2 Работа электродвигателя постоянного тока

Не всякий электрический двигатель можно однозначно назвать способным работать от постоянного тока. Касается коллекторного типа. На нем базируются устройство, принцип работы электродвигателя постоянного тока. Статор состоит из набора обмоток, каждая работает только на ограниченной части дуги хода вала. В противном случае реализовать концепцию невозможно.

Работа коллекторного двигателя

Коллекторный двигателей используется повсеместно бытовой техникой. 90% домашних применений приходится на этот сегмент. Двигатели стиральных машин, пылесосов, электрического инструмента. Исключением, назовем холодильники, вентиляторы, ветродувки, некоторые вытяжки. Вызвано требованиями бесшумности. Каждый, кто слышал, как ездит маленькая машинка от батарейки, понимает. В ночное время слышно каждый шорох, коллекторный двигатель навел бы шороху. Попробуйте включить на одну-две секунды болгарку в шесть часов утра – поймете.

Согласно законодательству в темное время суток уровень звукового давления не превышает 30 дБ. В противном случае техника помешает спокойному сну. Шум вызван трением щеток о коллектор, ротор двигателя сравнительно тяжелый, малейшая несоосность отдается в подшипниках. Люфт есть, массивнее движущаяся часть, акустический эффект заметнее. У коллекторных двигателей предостаточно недостатков, зато могут работать от постоянного тока. Чтобы уменьшить габариты, снижают число катушек. Для однозначного задания направления вращения необходимо минимум три полюса, причем никогда не работают параллельно.

Двигатель постоянного тока

У коллекторного двигателя бытовой техники великое количество полюсов ротора. Ниже упрощенный рисунок для постоянного тока. Коллекторный двигатель работает в схожем режиме, магнитов статора больше, все электрические. Питание ведется переменным напряжением 220 вольт. Подошли к главной тайне! Нет разницы, питать коллекторный двигатель переменным, постоянным током. С точки зрения обывателя. Существуют некоторые особенности:

1. При питании постоянным током КПД повышается. Подводимая мощность пропорционально снижена, достигая большей эффективности использования. Обмотка статора снабжена не двумя – тремя выводами. При питании постоянным током используется часть витков. Переменный течет через всю катушку статора.
2. При постоянных полях исчезает эффект перемагничивания. Резко снижает нагрев электротехнической стали магнитопроводов двигателя постоянного тока. Отражается низкими требованиями к изготовлению несущей основы ротора и статора. Можно не разделять магнитопроводы на пластины с изоляцией лаком. Как бы то ни было, большинство коллекторных двигателей постоянного тока одновременно годятся и для работы с переменным. Магнитопроводы составлены пластинами электротехнической стали.
3. Косвенным плюсом является более высокая стабильность оборотов. Для регуляции скорости вращения на постоянном токе используется изменение амплитуды напряжения, на переменном – при помощи тиристорного ключа отсекается часть синусоиды по линии питания. Последний вариант используется стиральными машинами.
4. Реверс на переменном токе ведут перекоммутацией обмоток. Изменением направления включения друг относительно друга. Процедуры в стиральной машине выполняют специальные реле. В двигателях постоянного тока полюс статора заменен железным (неодимовым) магнитом. Хватает сменить полярность питания для получения реверса. Операцию можно выполнять при помощи реле или контактора. Если обмотки питаются энергией электричества, для изменения направления вращения вала применяется перекоммутация.

В коллекторном двигателе бытовой техники статор соединяется последовательно ротору. Для передачи энергии на вал используется токосъемник в виде барабана, разделенного секциями. Электродами послужат графитовые щетки с прижимными пружинами. На корпусе выводы статора и ротора разграничены, обеспечивая возможности реализации функции реверса. Среди контактов могут быть вспомогательные: три вывода датчика Холла (два тахометра), окончания термопредохранителя.

По мере кручения вала щетки постепенно переключаются на следующую секцию, полюс ротора сдвигается. Статор остается на прежнем месте. Обратите внимание, полярность меняется с удвоенной частотой сети (50 Гц), характер взаимодействия остается прежним. Одинаковые полюсы отталкиваются, разнородные притягиваются. Путем особого распределения обмотки, коммутации с коллектором обеспечивается нужное направление вращения. Проявляется независимость двигателя от типа питающего напряжения (постоянного или переменного). Некоторые особенности коллекторного оборудования, присущие только данному типу устройств читайте ниже.

По мере движения щеток по барабану возникает искра

Паразитный эффект часто применяется на пользу, недостатки в виде помех послужат оценке скорости вращения вала. При увеличении нагрузки на вал обороты снижаются. Падает величина паразитной противо-ЭДС, эффект приводит к уменьшению уровня искрения. Специальная схема отслеживает фактор, увеличивая напряжение питания. Скорость оборотов восстанавливается. Подобные схемы найдем в кухонных комбайнах; в стиральных машинах для контроля вращения применяются специальные датчики (тахометр).

Принцип действия

Для гашения искры применяются варисторы

Величина ЭДС вырастает до недопустимого размера, сопротивление защиты в десятки тысяч раз уменьшается, лишний ток закорачивается корпусом. Варисторы используются парно. Объединяют обе щетки через корпус коллекторного двигателя. Вилки пылесосы зачастую лишены клеммы заземление, успешно снабжаются варисторной защитой. Искра замыкается стальным корпусом, ввиду больших размеров, массы разогрев отсутствует. Смертельно опасно браться одной рукой за коллекторный двигатель с такими изысками, другой – хватать заземленные металлические конструкции (пожарные лестницы; водопроводные, канализационные, газовые трубы; шины громоотводов; оплетки антенных кабелей).

Съемные щечки на корпусе

Корпус электроинструмента снабжен съемными щечками, щетки меняются в течение считаных минут. Уберегает от необходимости разбирать прибор для технического обслуживания. Признаком износа щеток выступает сильное искрение. Оборудование поизносилось. Новые щетки при притирании сильно искрят. В случае износа наблюдается падение мощности. Дрель перестает вращать сверло, останавливается барабан стиральной машины при номинальной массе загруженного белья. Не всегда удается достать оригинальные щетки, комплектующие можно подточить до необходимых размеров шлифовальным инструментом.

Обороты электродвигателя

Искрение оборотов, срыв

Искрение, срыв оборотов наблюдаются при загрязнении барабана. Ротор вынимается, проводится чистка подходящим средством (спиртом).

Устройство электродвигателя постоянного тока не отличается от моделей, работающих под переменным напряжением. Вышесказанное касается любого типа оборудования.

Работа электродвигателя постоянного тока

Под токосъемником простейшего двигателя две секции. Выродился барабан коллектора. Каждая контактная ламель (пластинка на валу) занимает половину оборота. Одна щетка снабжается положительным потенциалом, вторая – отрицательным, сообразно меняется направление магнитного поля полюсов. Активными в каждый момент времени являются два (в описанной выше конструкции). Статора может формироваться постоянным электрическим полем, либо металлическим магнитом. Последнее применяется детскими машинками.

Как работает электродвигатель постоянного тока. Допустим, в начальный момент времени обмотки расположены так, как показано на рисунке. В нашем примере полюсов уже не два, как обсуждали выше, – три. Минимальное число для стабильного запуска электрического двигателя постоянного тока в нужном направлении. Обмотки соединены схемой звезды, у каждой пары одна общая точка. Напряженность поля формирует два полюса отрицательных, один положительный. Постоянный магнит стоит, как показано рисунком.

Упрощенный рисунок случая постоянного тока

Каждую треть оборота происходит перераспределение поля так, что полюса сдвигаются согласно изменению напряжения питания на ламелях. На второй эпюре видим: номера обмоток сдвинулись, картина в пространстве осталась. Залог стабильности: один полюс притягивается к постоянному магниту, второй отталкивается. Если нужно получить реверс, меняется полярность подключения батарейки (аккумулятора). В результате получается два положительных полюса, один отрицательный. Вал станет двигаться против часовой стрелки.

Полагаем, принцип действия электродвигателя постоянного тока теперь понятен. Добавим, сегодня распространены двигатели вентильного типа. Многие задумались заставить поля чередоваться на статоре, ротор представлял бы постоянный магнит. В первом приближении двигатель вентильного типа. Постоянный ток подается на нужные обмотки статора через коммутируемые ключи-тиристоры. В результате создается нужное распределение поля.

Преимущества схемы в снижении количества трущихся частей, являющихся причиной необходимости обслуживания, ремонта. Тиристорный блок управления достаточно сложный. Допускается организовать коммутацию при помощи ламелей. Одновременно конструкция послужит грубым датчиком положения вала (плюс минус расстояние между контактными площадками оси вала). Вентильные двигатели не новы. Широко применяются специфическими отраслями. Помогают точно выдержать частоту вращения. В быту вентильные двигатели найти сложно. Некое подобие можно лицезреть в стиральной машине. Речь о помпе слива воды (ротор магнитный, только ток переменный).

Технические характеристики электродвигателей постоянного тока лучше, нежели при питании переменным током. Класс устройств широко применяется. Чаще электродвигатели постоянного тока используются при питании батареями различного рода. Когда нет выбора. Преимущества схемы питания позволят аккумуляторам дольше продержаться.

Обмотки статора, ротора включают последовательно, параллельно. Последнее применяется при нагруженном в исходном состоянии валу. Наблюдается резкое повышение оборотов, может привести к негативным последствиям, если ротор слишком легко идет. Упоминали о подобных тонкостях в теме конструирования двигателей своими руками.

рупий | Электронные и электрические компоненты

РС | Электронные и электрические компоненты

• Справка
• Торговые прилавки

Разделы нашей продукции:

• Аккумуляторы и зарядные устройства
• Соединители
• Дисплеи и оптоэлектроника
• Контроль электростатического разряда, чистые помещения и прототипирование печатных плат
• Пассивные компоненты
• Блоки питания и трансформаторы
• Raspberry Pi, Arduino, ROCK и инструменты разработки
• Полупроводники

• Механизм автоматизации и управления
• Кабели и провода
• Корпуса и серверные стойки
• Предохранители и автоматические выключатели
• HVAC, вентиляторы и управление температурным режимом
• Осветительные приборы
• Реле и формирование сигналов
• Переключатели

• Доступ, хранение и обработка материалов
• Клеи, герметики и ленты
• Подшипники и уплотнения
• Инженерные материалы и промышленное оборудование
• Застежки и крепления
• Ручной инструмент
• Механическая передача энергии
• Сантехника и трубопровод
• Пневматика и гидравлика
• Электроинструменты, Пайка и сварка

• Компьютеры и периферия
• Уборка и техническое обслуживание помещений
• Офисные принадлежности
• Средства индивидуальной защиты и рабочая одежда
• Безопасность и скобяные изделия
• Безопасность сайта
• Испытания и измерения

Как работает двигатель постоянного тока?

Электродвигатели постоянного тока сочетают в себе уникальные характеристики производительности и простоту управления, что делает их труднопревзойденными для приложений с регулируемой скоростью. В то время как двигатели переменного тока и средства управления в последнее время развились до такой степени, что стали конкурировать со многими их сильными сторонами, электродвигатели постоянного тока по-прежнему преобладают во многих отраслях, особенно когда требуется компактный, эффективный и быстродействующий двигатель.

Эта статья представляет собой руководство по основам электродвигателей постоянного тока, содержащее информацию, необходимую для самостоятельного принятия решения о том, подходят ли они для вашего применения.

Принципы работы двигателя постоянного тока

Основной принцип работы электродвигателей заключается в том, что провод, по которому течет электрический ток, испытывает физическую силу при прохождении через магнитное поле. Это магнитное поле обычно создается в неподвижной части двигателя (статоре). Он оказывает усилие на проволочные обмотки, прикрепленные к вращающейся части двигателя (якорю), которая прикреплена к выходному валу.

При переключении направления магнитной силы в зависимости от положения ротора якорь ротора попеременно тянется в одном направлении, а затем толкается в противоположном направлении, создавая непрерывное вращательное движение. Этот процесс называется коммутацией.

Критическое различие между двигателями постоянного и переменного тока заключается в том, что для работы двигателя постоянного тока требуется особое коллекторное устройство. Напротив, двигатель переменного тока использует переменный ток входной мощности для управления эффектом переключения.

В щеточном двигателе постоянного тока коллектор имеет проводящую щетку, которая прижимается к ротору и контактирует с различными частями якоря в зависимости от положения ротора, эффективно используя ротор в качестве переключателя для изменения направления электромагнитного поля. Вместо этого в бесщеточном двигателе постоянного тока используется электронный датчик, обычно датчик Холла, для определения положения ротора и управления коммутацией, что устраняет необходимость в электрическом контакте с ротором.

Типы двигателей постоянного тока

Хотя существует множество вариантов двигателей постоянного тока, есть две ключевые категории, каждая из которых имеет несколько различных типов двигателей.

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами

В двигателях постоянного тока с постоянными магнитами используются магниты либо в якоре, либо в статоре. Эти двигатели могут быть бесщеточными или щеточными.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Если на роторе установлены постоянные магниты, для создания магнитного поля не требуется пропускать электричество через щетки, и такая конфигурация известна как бесщеточный двигатель. Благодаря отсутствию трения и износа щеток бесщеточные двигатели постоянного тока обеспечивают исключительный срок службы, производительность, тихую работу и эффективность (около 90%), что делает их идеальными для приложений, чувствительных к шуму и энергии, таких как HVAC, робототехника и устройства с батарейным питанием. Бесщеточный двигатель постоянного тока определенного типа, известный как шаговый двигатель, может вращаться ступенчато и применять удерживающий крутящий момент, что делает его полезным для робототехники и сервоуправления.

Использование постоянных магнитов ограничивает применение бесщеточных двигателей постоянного тока относительно небольшими приложениями. Поскольку для коммутации им требуется электронный датчик, они значительно дороже, чем коллекторные двигатели сопоставимого размера, но экономия энергии может быстро окупить эту разницу.

Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами

Когда в статоре используются постоянные магниты, электричество должно достигать обмотки ротора, чтобы привести его в действие, и для этого предназначены щетки. Поскольку точки контакта щеток на роторе построены так, что они попеременно переключают направление магнитного поля ротора, нет необходимости в электронной коммутации. Это снижает стоимость щеточных двигателей постоянного тока, но щетки снижают эффективность примерно до 75%. Износ щеток также создает необходимость их периодической замены и снижает надежность двигателя.

Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами используются в небольших, недорогих устройствах, таких как бытовая электроника и бытовая техника.

Двигатели постоянного тока с обмоткой возбуждения

Двигатели постоянного тока с обмоткой возбуждения используют электромагниты как на якоре ротора, так и на обмотках возбуждения статора, без каких-либо постоянных магнитов, что делает их рентабельными для крупных промышленных применений. В этих двигателях используются коммутационные щетки, требующие периодической замены. Существует три основных типа двигателей с обмоткой возбуждения.

Двигатели постоянного тока серии

Двигатели с последовательным возбуждением имеют обмотки якоря и статора, соединенные последовательно, что означает, что полный ток проходит на якорь. Это обеспечивает гораздо большую скорость и крутящий момент, но затрудняет достижение контроля скорости, поскольку скорость изменяется пропорционально нагрузке. Двигатели с последовательным возбуждением обычно используются в приложениях, требующих высокого пускового момента и мощности без необходимости точного управления скоростью, например, в стартерах и электроинструментах.

Шунтирующие двигатели постоянного тока

Шунтирующие двигатели постоянного тока имеют параллельную обмотку якоря и обмотки возбуждения, что позволяет питать их независимо друг от друга. Это делает управление скоростью относительно простым и дает им уникальную возможность поддерживать постоянную скорость, в основном, независимо от изменений нагрузки. Компромисс заключается в том, что ток распределяется между обмотками якоря и обмотками возбуждения, что приводит к меньшему крутящему моменту, чем у двигателей постоянного тока с последовательной обмоткой. Шунтирующие двигатели постоянного тока обычно используются в приложениях, требующих постоянной или регулируемой скорости, таких как смесители, насосы, конвейеры и подъемники.

Составные двигатели постоянного тока

Составные двигатели представляют собой компромисс между последовательными и шунтирующими двигателями постоянного тока с обоими типами обмотки в одном корпусе. Это делает их лучшими из обоих миров, если вам требуется как высокий крутящий момент, так и разумное управление скоростью.

Управление двигателем постоянного тока

Для большинства двигателей постоянного тока управление скоростью относительно простое по сравнению с двигателями переменного тока. Поскольку скорость двигателя пропорциональна напряжению в обмотках двигателя, технически все, что вам нужно, это простая схема регулировки напряжения ШИМ.

Хотя этой схемы может быть достаточно для некоторых приложений, она не может адаптироваться к изменениям скорости, вызванным колебаниями нагрузки. Подходящий регулятор скорости будет отслеживать фактическую скорость двигателя, повышая или понижая напряжение для поддержания желаемой скорости.

Также легко изменить направление вращения двигателя постоянного тока, поменяв полярность напряжения на клеммах двигателя. Для этого обычно используется простая схема H-моста без использования механических переключателей.

Регуляторы скорости постоянного тока не требуют настройки, а их простота и низкая стоимость делают двигатели постоянного тока отличным выбором для многих типов приложений с переменной скоростью.

Выбор двигателя постоянного тока

Процесс выбора двигателя постоянного тока подобен любому другому электродвигателю. Хотя может быть много разных переменных, которые вам необходимо учитывать, начните с определения того, существуют ли какие-либо ограничения по физическим размерам, где будет размещаться двигатель, особенно в портативных устройствах и бытовой технике. Затем определите доступное напряжение, а также скорость и крутящий момент, необходимые для вашего приложения. Сравните эту информацию с имеющимися у вас вариантами.

Для небольших применений бесщеточные двигатели обеспечивают выдающуюся эффективность в компактном и прочном корпусе, в то время как щеточные двигатели с постоянными магнитами более экономичны. В последнее время повышенное внимание к энергоэффективности привело к снижению стоимости бесщеточных двигателей, и они являются отличным выбором практически для любых небольших установок.