Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока. Двигатель постоянного тока: устройство, принцип работы и особенности

Как устроен двигатель постоянного тока. Каков принцип его работы. Какие особенности характерны для двигателей постоянного тока. В чем преимущества бесконтактных двигателей постоянного тока.

Устройство двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока состоит из следующих основных частей:

• Статор — неподвижная часть двигателя, создающая основное магнитное поле
• Ротор (якорь) — вращающаяся часть двигателя
• Коллектор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный
• Щетки — обеспечивают контакт между коллектором и внешней цепью
• Воздушный зазор между статором и ротором

Статор содержит главные полюса с сердечниками и обмотками возбуждения. Ротор состоит из сердечника из электротехнической стали и обмотки. Коллектор выполнен в виде медных пластин, изолированных друг от друга.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Принцип действия двигателя постоянного тока основан на взаимодействии магнитного поля статора и тока в обмотке ротора. Основные этапы работы:

1. При подаче напряжения по обмотке статора протекает ток, создающий магнитное поле
2. В обмотке вращающегося ротора индуцируется ЭДС
3. Взаимодействие тока ротора с магнитным полем статора создает вращающий момент
4. Коллектор обеспечивает изменение направления тока в роторе при его вращении
5. В результате ротор непрерывно вращается, преобразуя электрическую энергию в механическую

Направление вращения ротора можно изменить, поменяв полярность питающего напряжения или направление тока в обмотке возбуждения.

Особенности двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока обладают рядом важных особенностей:

• Широкий диапазон регулирования скорости вращения
• Высокий КПД во всем диапазоне регулирования
• Большой пусковой момент
• Линейные механические характеристики
• Простота управления

Эти особенности обуславливают применение двигателей постоянного тока в электроприводах с повышенными требованиями к диапазону регулирования скорости и точности позиционирования.

Преимущества бесконтактных двигателей постоянного тока

Бесконтактные двигатели постоянного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с коллекторными:

• Повышенная надежность за счет отсутствия щеточно-коллекторного узла
• Отсутствие искрения и радиопомех
• Возможность работы во взрывоопасных средах
• Сниженный уровень шума
• Меньшие эксплуатационные расходы

В бесконтактных двигателях функцию коммутации выполняют полупроводниковые ключи, управляемые датчиком положения ротора. Это позволяет сохранить преимущества двигателей постоянного тока, устранив недостатки коллекторных машин.

Области применения двигателей постоянного тока

• Электротранспорт (электровозы, электропоезда, трамваи, троллейбусы)
• Станочное оборудование
• Прокатные станы
• Подъемно-транспортные механизмы
• Роботы и манипуляторы
• Приводы прецизионных станков

Двигатели постоянного тока незаменимы там, где требуется плавное регулирование скорости в широком диапазоне, высокая точность позиционирования, большой пусковой момент.

Типы двигателей постоянного тока

Существуют следующие основные типы двигателей постоянного тока:

• С независимым возбуждением
• С последовательным возбуждением
• С параллельным возбуждением
• Со смешанным возбуждением
• С возбуждением от постоянных магнитов

Выбор типа двигателя зависит от требуемых характеристик и условий эксплуатации. Например, двигатели с последовательным возбуждением развивают большой пусковой момент и применяются на электротранспорте.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Скорость вращения двигателя постоянного тока можно регулировать следующими способами:

1. Изменением напряжения, подводимого к якорю
2. Изменением тока возбуждения
3. Введением добавочного сопротивления в цепь якоря
4. Импульсным регулированием напряжения

Наиболее эффективным является регулирование изменением напряжения на якоре. Это позволяет получить плавное регулирование скорости в широком диапазоне при сохранении высокого КПД.

Достоинства и недостатки двигателей постоянного тока

Основные достоинства двигателей постоянного тока:

• Широкий диапазон регулирования скорости
• Высокая точность регулирования
• Большой пусковой момент
• Линейность характеристик

К недостаткам можно отнести:

• Наличие коллекторно-щеточного узла (в классических конструкциях)
• Относительно высокую стоимость
• Необходимость источника постоянного тока

Применение бесконтактных конструкций позволяет устранить основной недостаток, связанный с коллектором, сохранив все преимущества двигателей постоянного тока.

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Электротехника занимает особое место в жизни современного человека. Электродвигатель входит в перечень популярных устройств, что находят применение в разных направлениях деятельности человека. Недавно был опубликован текст, где детально изложены все нюансы силового агрегатного механизма, функционирующего в сети переменного тока.

Тема этой статьи затрагивает двигатель постоянного тока: устройство и принцип действия системы, особенности конструкции, способы коммуникации с электросетью и прочие нюансы.

Особенности силового агрегата

Ответ на вопрос: «из чего состоит двигатель постоянного тока» выглядит так:

• 1. Вал для монтажа остальных компонентов.
• 2. Роторный элемент (якорь), в который входят:
• 2.1 Сердечник – комплекс металлических элементов, изготовленных из стального сплава для электротехники.
• 2.2 Обмотка.
• 2.3 Коллектор.
• 2.4 Главный полюс – комплекс металлических элементов (пластин). В случае небольших агрегатных механизмов допустимо производство полюсов из магнитов.
• 2.5 Обмотка возбуждения.
• 2.6 Цельные вспомогательные полюсы (в малогабаритных системах отсутствуют) позволяют оптимизировать коммутацию. Их размещают между ключевых полюсов.
• 2.7 Обмотка из окрашенной проводки вспомогательного полюса.
• 3. Корпус двигателя изготавливают из чугуна. Этот металл хорошо зарекомендовал себя при эксплуатации в экстремальных условиях. Он обладает оптимальным значением износостойкости. Чтобы улучшить корпус, инженеры разрабатывают конструкцию с ребрами, позволяющими соблюдать правильный баланс температур при эксплуатации агрегата. Полюсы и якорь монтируют в корпус. Они нужны для формирования индуктора.
• 4. Конечные элементы обмотки зоны полюсов подключается к коробке с клеммами. В этом техническом блоке имеются модули, обеспечивающие сопряжение с индуктором и щетками якоря. Имеются технологические разъемы, позволяющие установить сальники (нужны для подвода силового кабеля). Существуют устройства небольшой мощности. Конструкция такого двигателя допускает вывод обмотки в коробку с клеммами, при этом один из зажимов полюсов и траверса щеток должны находиться в плотной коммуникации в машине. В коробку клемм следует выводить оставшиеся зажимы. Большие силовые агрегаты эксплуатируют в условиях значительного номинального напряжения. Следовательно, отсутствует необходимость в монтаже коробки клемм. Нижний блок станины выступает в виде точки вывода проводки. В случае параллельной системы допустимо использовать силовые кабели. Последовательное соединение предусматривает наличие шин.

Устройство коллекторной машины постоянного тока предусматривает наличие следующих элементов:

• 1. Блок подшипников: щиты (на них монтируют наружные и внутренние крышки), шарнирные элементы.
• 2. Узел щеток: кронштейн, держатели, а также сами щетки. Система фиксируется на выпуклости крышки заднего щита. Она необходима для организации подачи энергии к ротору, а также для трансформации тока в якоре.
• 3. Вентилятор обеспечивает низкую температуру нагрева конструкции во время эксплуатации.
• 4. Пружины и болты для упрощения погрузки-разгрузки, а также установки двигателя.
• 5. Лапы для минимизации вибрации во время эксплуатации.
• 6. Кожух защиты вентилятора, а также кожух вывода обдува.
• 7. Шильдик с перечнем ключевых параметров.

Способы подключения

Особого внимания заслуживает подключение двигателя постоянного тока к сети 220. На коробке клемм указывается определенная маркировка на основании параметров двигателя. На базе этих данных выбирается способ подключения кабельной системы. Рассмотрим все способы подачи питания более подробно.

Запуск обмотки от независимых источников

Такое устройство функционирует в случае, когда напряжение на обмотке и якорь получают питание энергией от разных источников энергии. В зону размещения силового кабеля подключаются два двужильных провода (серый и синий). Предварительно зачищаются края. Позднее их оснащают наконечниками.

Далее следует начать подключать каждую из жил. Инструкция по коммуникациям между жилами и клеммами представлена во внутренней части коробки клемм. Рекомендуется четко следовать предложенной системе действий. В рассматриваемом случае система выглядит следующим образом:

• 1. Синяя жила первого провода соединяется с клеммой Н1, а к клемме Н2 подключается серая жила.
• 2. Синяя жила второго провода сопрягается с клеммой Я2, а к клемме Д2 присоединяют серую жилу.

Последовательное и параллельное возбуждение обмотки

Чтобы подключить такие агрегаты, нужно завести один двужильный кабель (должны быть синяя и серая жилы). Концы зачищаются и оснащаются наконечники. Рассмотрим особенности каждого из них.

Когда идет подключение системы с параллельной активацией обмотки, следует выполнить монтаж перемычек между контактной парой Д2 и Ш1, а также Я2 и Ш2. Соответственно серая жила подключается к клемме Д2, а синий провод соединяется с клеммой Я2. Возможно аналогичное сопряжение с модулями Ш1 и Ш2.

Когда наблюдается последовательная активация сети, ставят перемычку из гибкого материала с обеих сторон клемм С2 и Я2. Силовой кабель с наконечниками подключается так: серый элемент в коммуникации с клеммой Д2 (как и в случае, что описан выше), при этом синий фрагмент подключается к клемме С2.

Особенности функционирования

Принцип действия двигателя постоянного тока кратко – актуальный вопрос, интересующий многих пользователей. Рассмотрим его максимально подробно.

Происходит подача напряжения, начинается процесс циркуляции электричества по проводам обмотки. Можно заметить формирование зоны полярности между смежными полюсами. Образуется определенного рода магнитная система, провоцирующая возникновение магнитного поля. Коллектор передает стабильный поток энергии на якорь, при этом с двух сторон наблюдается коммуникация с созданным магнитным полем. Электромагнитная индукция запускает вращающий момент. Происходит поворот ротора. Активизируется система щеток. Обеспечивается постоянное вращение ротора за счет тесной коммуникации элементов.

В электрическом двигателе якорь может вращаться в любом направлении. Трансформировать обороты можно при помощи простого действия. Достаточно сменить направление тока в обмотке. Для этого меняется полярность питающих жил в коробке клемм. Такого эффекта удается достигнуть за счет перестановки кабеля положительного заряда в отрицательное положение, а отрицательного заряда – в положительное значение соответственно. Новая схема подключения выглядит так: серую жилу соединяют с клеммой Н1 (Я2), а синий провод прикрепляют к клемме Н2 (Д2).

Когда меняются полярные зоны в системе запуска и вращающегося элемента, преобразование движения не наблюдается. Изменения становятся возможны только в случае, когда меняется направление тока в обмотке или якоре. Задачу удается реализовать, когда происходит монтаж подготовленных перемычек между контактной группой С1, Д2, С2. Для этого используется серый кабель. Питание подключается в таком порядке: серая жила подключена к клемме С1, а синяя — к клемме Я2.

Перемычки между клеммами С1, Д2, С2 могут быть смонтированы при помощи синего провода. В этом случае схема подключения силового кабеля выглядит в обратном порядке от схемы, что изложена выше (серый провод соединяют с клеммой Я2, а синий провод сопрягают с клеммой С1).

Двигатель постоянного тока можно переключить в реверс. Для этого рекомендуется менять направление движения электричества в обмотке якоря. Подобное обстоятельство объясняет факт того, что обрыв провода в обмотке возбуждения может спровоцировать критическое увеличение ЭДС. В результате вероятнее всего будет наблюдаться пробой изоляции проводки.

Двигатель постоянного тока – это силовой агрегат, обеспечивающий функционирование электротехнических приспособлений. Выше детально рассмотрены устройство, принцип функционирования, а также способы подключения двигателя. Этот вопрос более детально изложен на видео, где специалисты на наглядном примере демонстрируют все нюансы, что описаны в этой статье.

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.

Принцип действия двигателя постоянного тока: конструкция и особенности

Главной конструктивной и характерной принадлежностью машины постоянного тока, служит использование для присоединения к электрической сети коммутатора, предназначенного для преобразования величин постоянного тока в переменный ток. Коммутатор является непременным элементом любой машины этого типа ввиду того, что ее якорная обмотка двигателя подразумевает наличие переменного тока.

Особенности двигателя постоянного тока

Двигательные устройства постоянного тока отличаются широкими возможностями регулирования скорости вращения и обладают способностью сохранять во всем диапазоне регулирования высокий КПД, а также имеют в наличии механические характеристики, благодаря которым двигатели могут использоваться по специальному назначению, в соответствии с необходимыми требованиями.

Принцип работы

Функционально двигатель принадлежит к классу синхронных машин обращенного типа, это объясняется тем, что статор и ротор поменяли выполнение задач. Статор выполняет функции по возбуждению магнитного поля, ротор принял задачи направленные на преобразование энергии.

Во время вращения якоря в магнитном поле, производимым статором в витках обмотки, наводится ЭДС. Направление ее движения находится по правилу правой руки.

После того, как якорь и коллектор повернутся на 180 градусов виток меняет свои стороны, на противоположное направление меняется движение ЭДС.

Так происходит процесс индуцирования переменной электродвижущей силы, выпрямляемой посредством коллектора.

Коллектор, через щеточный механизм, соединен с обеими сторонами витка, в результате этого происходит снятие щетками текущего в неизменном направлении пульсирующего напряжения, это способствует наличию во внешней цепи, идущего в постоянном направлении, пульсирующего тока. Для того, чтобы снизить пульсацию в пазах якоря, прибавляют добавочное количество витков.

Конструкция двигателя

Двигатель, как и любая другая машина этого типа, содержит в своей конструкции статор, являющегося неподвижным элементом, и ротор (якорь) – вращающийся элемент машины, между ними находится воздушный зазор. В якоре двигателя происходит индуцирование ЭДС. Создание основного магнитного поля происходит при помощи главных полюсов, состоящих из сердечников и катушек возбуждения.

Равномерное распределение полученной магнитной индукции в области воздушного зазора обеспечивается полюсными наконечниками.

Чередование полярности полюсов во время движения электрического тока достигается за счет соединения катушек главных полюсов в обмотку возбуждения. Для улучшения коммутации предусмотрены добавочные полюса.

Уменьшение вихревых токов, которые появляются в результате перемагничивания якоря в процессе его вращения в созданном магнитном поле, происходит за счет конструкции сердечника, исполненного из пластин электротехнической стали, для большего эффекта он покрывается специальным лаком.

Контакт внешней цепи машины с коллектором осуществляется за счет щеток, основным материалом для них является графит.

Область применения

Несмотря на то, что себестоимость этого типа двигателя намного дороже асинхронных машин, их особенности могут сыграть решающую роль в узкоцелевом специальном назначении.

С помощью таких двигателей приводятся в работу прокатные станы, они используются для привода гребного винта на кораблях, а также для транспортных средств, имеющих систему питания на постоянном токе.

Поэтому их область использования характерна для нужд там, где необходима электрическая тяга, это: тепловозы, электровозы, электропоезда, городской транспорт, то есть там, где необходимо применить мягкие механические характеристики и широкие пределы регулировки количества оборотов вращения.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока

Для нормальной работы двигателя постоянного тока необходимо изменять направление тока в проводниках якорной обмотки при изменении его положения относительно полюсов магнитного поля статора. Это переключение в обычных двигателях постоянного тока обеспечивается с помощью коллектора, простейшая конструкция которого показана на рис. 2,в. Однако наличие этого устройства, принципиально необходимого для двигателей постоянного тока, вызывает появление у этих двигателей некоторых нежелательных свойств.
В первую очередь к ним относится необходимость постоянного надзора и ухода за коллекторно-щеточным узлом, так как при эксплуатации двигателя щетки истираются, а коллектор загрязняется и обгорает. Кроме того, неизбежное искрение щеточно-коллекторного аппарата создает радиопомехи, затрудняет применение двигателей во взрывоопасных помещениях и средах. Работа коллекторно-щеточного узла создает также дополнительный шум при работе двигателя.
Стремление устранить механический коллекторно-щеточный узел и заменить его каким-либо бесконтактным устройством с теми же функциями привело к появлению так называемых бесконтактных двигателей постоянного тока. Эти двигатели имеют такие же характеристики, как двигатели с обычным коллектором, но обладают более высокой надежностью и простотой в эксплуатации, не создают при своей работе радиопомех и дополнительного шума.
В настоящее время разработано несколько видов таких двигателей, отличающихся друг от друга способом возбуждения, схемами включения обмоток и типами электрических коммутирующих устройств.
Подробное описание всех типов бесконтактных двигателей постоянного тока выполнить очень трудно, поэтому остановимся лишь на пояснении основных принципов их действия, общих для всех двигателей.
Схема рис. 1 иллюстрирует принцип работы так называемого двигателя с вращающимся выпрямителем.

Рис. 1. Принцип работы бесконтактного двигателя постоянного тока с вращающимся выпрямителем.
Обмотка якоря изображена рамкой, состоящей из проводников А и Б, помещенных в поле магнита N—S.
Представим, что на якоре расположено устройство, состоящее из четырех управляемых ключей К1—К4, которые могут замыкаться или размыкаться любым необходимым нам образом. Эти ключи соединены в так называемую мостовую схему, к одной из диагоналей которой подключены проводники рамки А и Б, а к другой с помощью скользящих контактов СК подводится напряжение от внешнего источника постоянного тока.
Обратимся вначале к схеме на рис. 1,а. Пусть в указанном на этой схеме положении рамки будут замкнуты ключи К1 и КЗ и разомкнуты ключи К2 и К4. Тогда ток в проводниках А и Б будет иметь указанное на рисунке направление и рамка под действием сил F будет поворачиваться против часовой стрелки.
Рассмотрим теперь положение рамки после ее поворота на 180°, показанное на рис. 1,6. Допустим при этом, что ключи К1 и КЗ разомкнулись, а ключи К2 и К4 замкнулись. Тогда, как нетрудно заметить из рис. 1,6, ток в проводниках А к Б изменит свое направление на противоположное. Вследствие этого сохранится взаимное расположение полюсов магнитного поля и проводников с током, соответствующее показанному на рис. 1,а, а тем самым и направление момента и частоты вращения якоря двигателя. При повороте рамки еще на 180° (рис. 1,а) вновь должны замкнуться ключи К1 и КЗ и разомкнуться ключи К2 и К4 и так далее.
Таким образом, имея рассмотренную ключевую схему, в которой ключи управляются в зависимости от положения рамки (якоря) двигателя указанным способом, можно обеспечить обычную работу двигателя постоянного тока.
Однако преимущества рассмотренной схемы коммутации по сравнению с обычным коллектором (механическим коммутатором) проявятся, очевидно, лишь в том случае, если ключи К1—К4 будут бесконтактными элементами, например полупроводниковыми приборами. Поэтому в реальных бесконтактных двигателях постоянного тока в качестве ключей К1—К4 мостовой схемы, приведенной на рис. 15, используются транзисторы (для двигателей небольших мощностей) или управляемые полупроводниковые диоды-тиристоры (для двигателей средних и больших мощностей.). Открытие и закрытие транзисторов или тиристоров происходят по сигналам специального датчика положения, который укреплен на роторе и выдает управляющие импульсы на соответствующие бесконтактные ключи в зависимости от положения проводников обмотки.
Таким образом, необходимыми элементами бесконтактного двигателя являются мостовая переключающая схема с бесконтактными полупроводниковыми ключами и датчик положения, управляющий этими ключами.
Следует отметить, что в некоторых конструкциях двигателей в качестве ключей используются герметичные контакты (герконы).
Однако у такого двигателя имеется существенный недостаток: токоподвод к якорю происходит с помощью скользящего щеточного контакта. Хотя такой узел рис. 2. Бесконтактный двигатель постоянного тока с обмоткой переменного тока на статоре (щетка — контактное кольцо) и не создает столько неудобств, сколько щеточно-коллекторное устройство, его наличие все же является нежелательным.
Результатом разработок полностью бесконтактного двигателя постоянного тока является конструкция, показанная на рис. 2. Она во многом напоминает устройство синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов: ротор двигателя (в такой конструкции двигателя он часто называется индуктором) представляет собой постоянный магнит, а обмотка переменного тока (на рис. 2 показан лишь один ее виток) уложена на неподвижной части двигателя — статоре. В остальном конструкция двигателя соответствует схеме на рис. 1: питание обмотки осуществляется от одной диагонали мостовой схемы, на вторую диагональ которой подается напряжение сети постоянного тока. Ключи К1—К4, образующие мостовую схему, также управляются от датчика положения ДП, установленного на роторе двигателя. В качестве ключей используются, как правило, транзисторы или тиристоры. Датчик положения вырабатывает импульсы для управления ключами таким образом, чтобы обеспечивалось нужное направление тока в проводниках обмотки статора при изменении положения ротора (индуктора).
Остановимся теперь несколько подробнее на описании специфичных узлов бесконтактного двигателя постоянного тока: мостовой схемы и датчика положения. Назначением мостовой схемы, как уже отмечалось выше, является изменение направления тока в обмотке якоря при работе двигателя, или, другими словами, преобразование постоянного тока источника питания в переменный ток проводников обмотки якоря.

Такое устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, называется инвертором в отличие от выпрямителя, который преобразует переменный ток в постоянный).
Рассмотрим одну из распространенных схем тиристорного инвертора — мостовую двухполупериодную однофазную схему, работа которой по существу и рассматривалась выше на примерах схем рис. 1 и 2.
Основную часть схемы инвертора (рис. 3,а) образуют четыре тиристора 77—Т4 (аналогия ключей К.1— К4 в схемах на рис. 1 и 2). Тиристоры управляются импульсами напряжения от датчика положения: при подаче импульсов тиристоры начинают пропускать ток — открываются, при снятии импульсов—закрываются (отметим, что при питании тиристоров от сети постоянного тока для их закрытия после снятия управляющего импульса должна использоваться специальная коммутационная схема, которая на рис. 2 не показана.

Рис. 3. Принцип работы инвертора.
а —   электрическая схема; б — диаграмма токов в элементах инвертора.

Тиристоры работают попарно и попеременно: в течение половины оборота ротора двигателя включены (пропускают ток) тиристоры 77 и ТЗ, в течение второй половины оборота — тиристоры Т2 и Т4. Как видно из схемы, приведенной на рис. 3,а, при открытии тиристоров 77 и ТЗ ток в обмотке якоря имеет одно направление (сплошные стрелки на рисунке), а при открытии тиристоров Т2 и Т4 и закрытии тиристоров 77 и ТЗ ток изменит свое направление в обмотке якоря на противоположное (пунктирные стрелки).
Токовая диаграмма работы элементов схемы, приведенной на рис. 3,а, в зависимости от угла поворота а  ротора двигателя показана на рис. 3,6, где 1Т, Ля — соответственно токи тиристоров и обмотки якоря.
Для бесконтактных двигателей постоянного тока разработано несколько типов датчиков положения ротора, которые при своей работе обычно используют энергию магнитного или электрического поля или лучевую энергию.
К датчикам, использующим энергию магнитного поля, относятся индуктивные датчики, датчики Холла, магниточувствительные сопротивления и магнитодиоды.
Индуктивные датчики в свою очередь подразделяются на датчики электродвижущей силы (ЭДС) вращения, датчики с переменным воздушным зазором и датчики с подмагничиванием. Наибольшее распространение для бесконтактных двигателей нашли дифференциальные трансформаторные датчики с переменным воздушным зазором. Эти датчики отличаются простотой и надежностью конструкции и вырабатывают импульсы для управления полупроводниковыми ключами инвертора с требуемыми параметрами.
Схема датчика положения этого типа показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема датчика положения ДП бесконтактного двигателя.

Датчик состоит из Ш-образного сердечника 1 и цилиндрического якоря 2 с вырезом, соединяемого с ротором двигателя. На сердечнике датчика расположены три обмотки. Две из них, называемые обмотками возбуждения, располагаются на крайних стержнях и включаются последовательно-встречно. При таком их включении магнитный поток в среднем стержне всегда равен разности магнитных потоков от каждой обмотки возбуждения. На среднем стержне находится обмотка управления датчика, с которой снимается сигнал Uy для управления инвертором. Обычно обмотки возбуждения питаются от переменного напряжения повышенной частоты (в 10—20 раз превышающей частоту коммутации тока в проводниках обмотки якоря), что позволяет снизить габариты датчика.
Датчик работает следующим образом. Когда якорь датчика перекрывает все три стержня сердечника, магнитные потоки каждой обмотки возбуждения равны, ЭДС в катушке управления не наводится и импульсы управления на инвертор не подаются.
Если же якорь перекрывает средний стержень и один из крайних (что имеет место при показанном на рис. 4 положении ротора), то магнитные потоки обмоток возбуждения становятся различными, появляется магнитный поток в среднем стержне и в обмотке управления наводится ЭДС.
При непрерывном вращении якоря обмотка управления вырабатывает последовательность импульсов, при этом их продолжительность (а точнее, скважность — отношение длительности импульса к периоду повторяемости) определяется конфигурацией якоря. Так, при показанном на рис. 4 вырезе, составляющем половину окружности якоря, длительность импульса составляет половину периода.
Практически схемы таких датчиков положения содержат несколько сердечников, число которых соответствует количеству секций (проводников) обмотки якоря.
Перспективным является также применение датчиков положения, использующих гальваномагнитный эффект Холла. Сущность его заключается в том, что в некоторых полупроводниках при прохождении по их продольной оси электрического тока и воздействии внешнего магнитного поля на электродах поперечной оси возникает разность потенциалов. Таким образом, если датчик Холла поместить на статоре двигателя и подвести к нему ток по продольной оси, то при прохождении полюсов индуктора двигателя (или специального индуктора) вблизи датчика на электродах его поперечной оси появляется разность потенциалов (ЭДС датчика), которая может быть использована для управления инвертором.
В качестве датчиков положения могут использоваться различные магниточувствительные сопротивления и магнитодиоды, внутреннее сопротивление электрическому току которых зависит от величины внешнего магнитного потока.
Распространение получили также различные датчики, использующие лучевую энергию. Они состоят из источника излучения и приемника. Источниками лучистой энергии могут быть различные радиоактивные элементы, электрические лампы и светодиоды. В качестве приемников для этих датчиков применяются фоторезисторы, фотодиоды и фототриоды. Фототриоды обладают лучшими показателями работы — значительной чувствительностью и выходной мощностью, малой инерционностью, но являются более дорогими приборами.
Меньшее распространение для бесконтактных двигателей постоянного тока получили емкостные датчики — устройства, использующие для своей работы энергию электрического поля. По принципу своего действия они представляют собой конденсаторы, емкость которых зависит от положения индуктора двигателя. Эти датчики маломощны, подвержены влиянию паразитных емкостей, требуют дополнительных согласующих схем для совместной работы с инверторами.
Выше уже отмечалось, что по своему устройству бесконтактный двигатель постоянного тока во многом повторяет синхронный двигатель. Поэтому в принципе любой синхронный двигатель может быть превращен в бесконтактный двигатель постоянного тока, если обмотки статора питать от трехфазного инвертора, который будет управляться сигналами датчика положения, установленного на роторе (индукторе) этого синхронного двигателя. Такая система (синхронный двигатель—инвертор—датчик положения) обладает характеристиками и свойствами двигателя постоянного тока.
Вместе с тем электропромышленность выпускает и специально сконструированные бесконтактные двигатели постоянного тока. В основном это двигатели малой мощности, применяемые в различных устройствах автоматики, звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуре, часовых и лентопротяжных механизмах, измерительной аппаратуре и т. д.
В табл. 1 приведены технические данные бесконтактных двигателей постоянного тока серии МБ.

Таблица 1

Двигатели этой серии имеют возбуждение от постоянных магнитов и снабжаются инвертором на транзисторах, который конструктивно выполнен в виде отдельного блока. Этот блок герметизирован и имеет  объем от 400 до 900 см3. Датчик положения двигателей МБ трансформаторного типа встроен в корпус двигателя. Двигатели серии МБ допускают регулирование частоты вращения в широких пределах. Первые четыре двигателя, приведенные в табл. 1, имеют стабилизированную частоту вращения. Контроль частоты вращения осуществляется с помощью встроенного синхронного тахогенератора, имеющего при номинальной частоте вращения напряжение 6 В. Двигатели этой серии имеют нормальное исполнение с креплением двигателя за корпус (буква Н в названии двигателя) и фланцевое исполнение (буква Ф). Внешний диаметр двигателей серии МБ колеблется от 35 до 70 мм, а их длина — от 62 до 106 мм.

Работа и схемы электродвигателей постоянного тока

Моторы, работающие на постоянном токе редко встречаются в домашнем хозяйстве. Но они всегда стоят во всех детских игрушках, работающих от батареек, которые ходят, бегают, ездят, летают и т. п. Двигатели постоянного тока (ДПТ) устанавливаются в автомобилях: в вентиляторах и различных приводах. Они почти всегда используются на электротранспорте и реже в производстве.

Преимущества ДПТ по сравнению с асинхронными моторами:

• Хорошо поддаются регулировке.
• Отличные пусковые свойства.
• Частоты вращения могут быть более 3000 об/мин.

Недостатки ДПТ:

1. Низкая надежность.
2. Сложность изготовления.
3. Высокая стоимость.
4. Большие затраты на обслуживание и ремонт.

Далее Я постараюсь кратко и доступно в одной статье изложить схемы, принципы работы, регулировки и реверса двигателей постоянного тока.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

Устройство двигателя аналогично синхронным двигателям переменного тока. Повторяться не буду, если не знаете, тогда смотрите в этой нашей статье.

Любой современный электромотор  работает на основе закона магнитной индукции Фарадея и «Правила левой руки».  Если к нижней части обмотки якоря подключить электрический ток в одном направлении, а к верхней- в обратном- он начнет вращаться. Согласно правилу левой руки, проводники, уложенные в пазах якоря, будут выталкиваться магнитным полем обмоток корпуса ДПТ или статора.

Нижняя часть будет выталкиваться вправо, а верхняя – влево, поэтому якорь начнет вращаться до момента пока части якоря не поменяются местами. Для создания непрерывного вращения необходимо постоянно менять местами полярность обмотки якоря. Чем и занимается коллектор, который при вращении коммутирует обмотки якоря.  Напряжение от источника тока подается на коллектор при помощи пары прижимных графитовых щеток.

Принципиальные схемы электродвигателя постоянного тока

Если двигатели переменного тока довольно просто подключаются, то с ДПТ все сложнее. Вам необходимо знать марку мотора, и затем в интернете узнавайте про его схему включения.

Чаще всего у средних и мощных моторов постоянного тока есть в клеммной коробке отдельные выводы от якоря и от обмотки возбуждения (ОВ). Как правило, на якорь подаётся полное напряжение электропитания, а на обмотку возбуждения -регулируемый ток реостатом или переменным напряжением. От величины тока ОВ и будут зависеть обороты ДПТ. Чем он выше, тем быстрее скорость вращения.

В зависимости от того как подключен якорь и ОВ, электродвигатели бывают с независимым возбуждением от отдельного источника тока и с самовозбуждением, которое может быть параллельным, последовательным и смешанным.

На производстве применяются двигатели с независимым возбуждением ОВ, которая подключается к отдельному от якоря источнику питания.  Между обмотками возбуждения и якоря нет электрической связи.

Схема подключения с параллельным возбуждением по своей сущности аналогична схеме с независимым возбуждением ОВ. С той лишь разницей, что отпадает необходимость в использовании отдельного источника питания.  Двигатели при включении по обоим этим схема обладают одинаковыми жесткими характеристиками, поэтому применяются в станках, вентиляторах и т. п.

Моторы с последовательным возбуждением применяются, когда необходим большой пусковой ток, мягкая характеристика. Они применяются а трамваях, троллейбусах и электровозах. По этой схеме обмотки возбуждения и якоря подключаются между собой последовательно.  При подаче напряжения токи в обоих обмотках будут одинаковы. Главный недостаток заключается в том, что при уменьшении нагрузки на вал меньше 25% от номинала, происходит резкое увеличение частоты вращения, достигающее опасных для ДПТ значений. Поэтому для безотказной работы необходима постоянная нагрузка на вал.

Иногда применяются ДПТ со смешанным возбуждением, при котором одна обмотка ОВ соединяется последовательно якорной цепи, а другая параллельно.  В жизни редко встречается.

Реверсирование двигателей постоянного тока

Что бы изменить направление вращение ДПТ с последовательным возбуждением необходимо поменять направления тока в ОВ или обмотке якоря. Практически, это делается изменением полярности: меняем плюс с минусом местами. Если же поменять одновременно полярность в цепях возбуждения и якоря, тогда направление вращения не изменится. Аналогично делается реверс и для моторов, работающих на переменном токе.

Реверсирование ДПТ с параллельным или смешанным возбуждением лучше производить изменением направления электрического тока в обмотке якоря. При разрыве обмотки возбуждения, ЭДС достигает опасных величин и возможен пробой изоляции проводов.

Регулирование оборотов двигателей постоянного тока

ДПТ с последовательным возбуждением проще всего регулировать переменным сопротивлением в цепи якоря. Регулировать можно только на уменьшение числа оборотов в соотношении 2:1 или 3:1. При этом происходят большие потери в регулировочном реостате (R рег). Данный метод используется в кранах и электрических тележках, у которых бывают частые перерывы в работе. В других случаях используется регулировка оборотов вверх от номинала при помощи реостата в цепи обмотки возбуждения, как показано на правом рисунке.

ДПТ с параллельным возбуждением так же можно регулировать частоту оборотов вниз при помощи сопротивления в цепи якоря, но не более 50 процентов от номинала. Опять же будет нагрев сопротивления из-за потерь электрической энергии в нем.

Увеличить же обороты максимум в 4 раза позволяет реостат в цепи ОВ. Самый простой и распространенный метод регулировки частоты вращения.

На практике в современных электромоторах данные методы регулировки из-за своих недостатков и ограниченности диапазона регулирования редко применяются. Используются различные электронные схемы управления.

Шаговые двигатели. Принцип работы и управление

При большом числе зубцов ротора Zр его угол поворота значительно меньше угла поворота поля статора.

Величина углового шага редукторного реактивного шагового двигателя определяется выражением:

αш = 360 / Kt * Zр

В выражении для KT величину n2 следует брать равной 1, так как изменение направления поля не влияет на положение ротора.

Электромагнитный синхронизирующий момент реактивного двигателя обусловлен, как и в случае обычного синхронного двигателя, разной величиной магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям двигателя.

Основным недостатком шагового реактивного двигателя является отсутствие синхронизирующего момента при обесточенных обмотках статора.

Повышения степени редукции шаговых двигателей как активного, так и реактивного типа, можно достичь применением двух-, трех- и многопакетных конструкций. Зубцы статора каждого пакета сдвинуты относительно друг друга на часть зубцового деления. Если число пакетов — два, то этот сдвиг равен 1/2 зубцового деления, если три, то — 1/3, и т.д. В то же время, роторы-звездочки каждого из пакетов не имеют пространственного сдвига, то есть оси их полюсов полностью совпадают. Такая конструкция сложнее в изготовлении и дороже однопакетной. Кроме того, она требует сложного коммутатора.

Стремление совместить преимущества активного шагового двигателя (большой удельный синхронизирующий момент на единицу объема, наличие фиксирующего момента) и реактивного шагового двигателя (малая величина шага) привело к созданию гибридных индукторных шаговых двигателей.

В настоящее время имеется большое число различных конструкций индукторных двигателей, различающихся числом фаз, размещением обмоток, способом фиксации ротора при обесточенном статоре и т.д. Во всех конструкциях индукторных шаговых двигателей вращающий момент создается за счет взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмотками статора и постоянного магнита в зубчатой структуре воздушного зазора. При этом синхронизирующий момент шагового индукторного двигателя по природе является реактивным и создается намагничивающей силой обмоток статора, а постоянный магнит, расположенный либо на статоре, либо на роторе, создает фиксирующий момент, удерживающий ротор двигателя в заданном положении при отсутствии тока в обмотках статора.

По сравнению с шаговым двигателем реактивного типа у индукторного шагового двигателя при одинаковой величине шага — больший синхронизирующий момент, лучшие энергетические и динамические характеристики.

Двигатели постоянного тока

Прежде всего давайте определимся какую функцию выполняют двигатели. Они превращают электрическую энергию в механическую.

Первый электрический двигатель был создан в 1834 году русским учёным Борисом Семёновичем Якоби.

В деятельности человека находят свое применение электродвигатели самых разных конструкций. В производстве их используют для того, чтобы привести в движение станки и механизмы, трамваи, троллейбусы, электровозы и многое другое. Электродвигатели используются даже в игрушках.

Почему же все-таки именно электродвигатели, а не паровые двигатели или, например двигатели внутреннего сгорания? Основным преимуществом двигателя, работающего на электричестве, можно назвать то, что при его работе не выделяются вредные газы, дым или пар. Для их работы не нужны запасы топлива или воды. Электродвигатели легко установить в любом удобном месте: и на стене, и под полом трамвая или троллейбуса и даже в колесах лунохода.

На производстве и в быту чаще всего используют коллекторный электродвигатель. Перед вами модель простейшего коллекторного электродвигателя. Он состоит из неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора. В качестве статора выступает постоянный магнит. Ротор состоит из якоря и коллектора. Простейшим якорем может быть электромагнит, который представляет собой сердечник и обмотку. На валу якоря укреплён коллектор, который представляет собой два полукольца. Они изолированы не только друг от друга, но и от вала двигателя. Каждый вывод обмотки якоря припаивают к отдельному полукольцу. Электрический ток от батареек поступает в обмотку якоря через щётки – специальные скользящие контакты. Щётки чаще всего представляют собой две упругие металлические пластины, которые соединены проводами с источником тока и прижаты к полукольцам коллектора.

Поскольку якорь – это электромагнит, то у него должны быть южный и северный полюса.

Давайте узнаем, как они образуются.

Щётки соединяются с источником тока так, как показано на рисунке. Благодаря такому соединению электрический ток, который проходит по обмотке якоря делает одну сторону якоря северным полюсом, а вторую – южным.

По схеме видно, что северный полюс якоря располагается рядом с северным полюсом статора, а южный полюс якоря – рядом с южным полюсом статора.

Одноименные магнитные полюса отталкиваются, и якорь начинает вращаться. Вместе с якорем поворачивается и коллектор.

Северный полюс якоря при вращении притягивается к южному полюсу статора. Но еще до того как они сблизятся полукольца коллектора притягиваются друг к другу и полярность якоря опять изменяется. То есть меняется направление тока в обмотке якоря. Другими словами, коллектор в электродвигателе – это специальный переключатель, который меняет направление в обмотке якоря автоматически.

Как только полярность якоря меняется, полюса вновь отталкиваются друг от друга и вращение продолжается.

В основном в качестве постоянного магнита для создания магнитного тока используют электромагниты.

Существует два способа подключения обмотки возбуждения к источнику тока: параллельно по отношению к обмотке якоря и последовательно ей.

От того каким именно способом присоединена обмотка возбуждения зависят свойства электродвигателя.

Если подключение параллельное, то с увеличением механической нагрузки на вал число оборотов двигателя практически не меняется. Двигатели с таким видом соединения обмотки возбуждения к якорю чаще всего используются для привода станков.

При последовательном соединении с увеличением механической нагрузки на вал, число оборотов резко уменьшается. Двигатели такого рода находят свое применение на электрическом транспорте.

По сравнению с полем постоянных магнитов, электромагнитное возбуждение двигателя позволяет не только усилить магнитное поле, но и управлять его интенсивностью.

Для того, чтобы управлять интенсивностью магнитного поля нужно реостатом менять величину тока в цепи обмотки возбуждения. Этим изменяется число оборотов двигателя.

Еще один способ менять число оборотов двигателя – смена напряжения на его зажимах. Но этот способ – более дорогой. Поскольку, если через реостат проходит весь ток двигателя, то появляются дополнительные потери электроэнергии.

Понятно, что мы рассмотрели очень упрощенную модель электродвигателя. Настоящий имеет более сложное строение.

В основном вместо постоянного магнита для создания магнитного поля статора используется мощный электромагнит. Обмотка возбуждения такого двигателя одновременно выполняет роль обмотки одного из полюсов. Соединять обмотки полюсов надо так, чтобы полюсные наконечники сердечников имели разную полярность, которая будет обращена к якорю.

Посмотрите, как выглядит вращающийся ротор двигателя. Он состоит из якоря и коллектора.

Чтобы коэффициент полезного действия двигателя возрастал, нужно на сердечнике якоря разместить несколько обмоток. Это приводит к тому, что в коллектор входит не два полукольца, а много медных пластин. Они изолированы не только друг от друга, но и от вала двигателя.

Графитовые щётки накладывают на коллектор. К гладкой поверхности коллектора щётки прижимают с помощью пружин. Движение якоря по валу напрямую передается рабочим органам потребителя. Вращается вал в подшипниках, которые запрессованы в переднюю и заднюю крышки статора. Охлаждается двигатель вентилятором, крыльчатка которого располагается на валу.

Подведем итоги урока.

Сегодня мы с вами говорили о двигателе постоянного тока. Выяснили устройство и принцип действия коллекторного электродвигателя. Узнали, что у него две основные части: неподвижная часть — статор, который представляет собой магнит, создающий постоянное магнитное поле. И вращающаяся часть – ротор. Составные части ротора – якорь и коллектор. Электрический ток от источника подается на обмотку якоря через щётки.

Рассмотрели два случая подключения обмотки возбуждения к источнику тока в роторе, состоящем из электромагнита.

И познакомились с устройством настоящего рабочего электродвигателя.

: преимущества и недостатки двигателей постоянного тока

Мы уже рассмотрели тему двигателей постоянного тока в отдельной статье, и на Linquip есть много статей о его различных типах, все из которых вы можете получить с помощью простого поиск. Но в этой статье мы специально собираемся обсудить, как это работает, и подробно остановимся на правилах, по которым сконструирован этот тип двигателя. Чтобы лучше понять принципы работы двигателей постоянного тока, мы предоставили информацию о целях создания и использования этих двигателей и их типах, а также об их преимуществах и недостатках, с которыми мы можем столкнуться.

Linquip собрал всю доступную информацию по этой теме, чтобы избавить вас от необходимости читать разрозненный контент. Оставайся с нами до конца. Для начала давайте посмотрим, что такое двигатель постоянного тока и что он для нас делает.

Что такое двигатель постоянного тока?

В этом разделе и прежде чем мы перейдем к основному предмету принципов работы двигателя постоянного тока, важно знать, что делает двигатель постоянного тока и какие части задействованы для работы такого устройства, как двигатели постоянного тока.

Двигатель постоянного тока — один из первых электродвигателей, предназначенных для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.Это одно из величайших устройств, изобретенных людьми, и с тех пор оно произвело удивительную революцию в нашей жизни. Эта вращающаяся электрическая машина занимала разные типы, все они содержат почти одинаковые компоненты, которые взаимодействуют на основе либо механизма электронного, либо механизма электромеханического, который отвечает за изменение направления тока в двигателе.

Двигатель постоянного тока состоит из статора, якоря или ротора и коммутатора со щетками. Это основные компоненты, которые входят в состав всех двигателей постоянного тока.Если мы хотим очень кратко объяснить, как работает этот тип двигателя, мы должны сказать, что противоположная полярность между двумя магнитными полями двигателя заставляет его вращаться. Эти двигатели могут быть самыми простыми двигателями, доступными с точки зрения конструкции и производительности, но они имеют широкий спектр применения, включая те, которые используются в бытовых приборах, таких как электрические бритвы, и те, которые используются в различных отраслях промышленности.

Краткое описание различных типов двигателей постоянного тока

В предыдущем разделе мы обсудили, что делает двигатель постоянного тока и для каких целей он был изобретен.Позже мы кратко упомянули, как это работает в целом. Как мы отмечали ранее, у этого типа двигателей есть несколько подкатегорий, наиболее распространенными из которых являются последовательные, шунтирующие, постоянные магниты, бесщеточные и составные двигатели постоянного тока. Поскольку мы рассмотрели каждый из этих типов двигателей постоянного тока в отдельных статьях. Ниже мы кратко упомянем их на память.

Двигатели с постоянными магнитами, также известные как двигатели с постоянным магнитом, являются одними из двигателей постоянного тока, в которых для создания магнитного поля используется постоянный магнит.Этот тип двигателей постоянного тока обладает отличным пусковым моментом с хорошей регулировкой скорости. Имея ограниченный крутящий момент, обычно в устройствах с низкой мощностью используются двигатели с постоянными магнитами.

поле параллельных двигателей подключено параллельно обмоткам якоря. Этот тип двигателей обеспечивает прекрасное регулирование скорости благодаря тому, что шунтирующее поле может возбуждаться отдельно от обмоток якоря. Кроме того, параллельные двигатели также обеспечивают упрощенное управление реверсированием.

Серийный двигатель состоит из полевой обмотки с несколькими витками провода, по которому проходит ток якоря.Как и двигатели постоянного тока, серийные двигатели обладают большим пусковым моментом. Но в отличие от двигателей постоянного тока, серийные двигатели не могут регулировать скорость. Кроме того, если серийные двигатели работают без нагрузки, это может быть очень опасно. Эти ограничения делают серийные двигатели непригодными для применения в приводах с регулируемой скоростью.

Составные двигатели имеют шунтирующее поле, которое возбуждается отдельно, как и у параллельных двигателей постоянного тока. Составные двигатели постоянного тока похожи на постоянные и серийные двигатели с точки зрения обеспечения хорошего пускового момента, но у них есть некоторые проблемы с регулированием скорости в приводах с регулируемой скоростью.

Разработка принципа работы двигателей постоянного тока

Теперь, когда мы привыкли к назначению и наиболее часто используемым типам двигателей постоянного тока, будет легче понять, на каком основании и согласно каким правилам и нормам работают эти двигатели.

Двигатели постоянного тока работают по принципу электромагнетизма, который впервые ввел Фарадей. Принцип электромагнетизма Фарадея гласит, что проводник с током сталкивается с силой, когда его помещают в магнитное поле.С другой стороны, согласно правилу левой руки Флеминга, проводник всегда движется в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю.

Как мы упоминали ранее, для лучшего понимания работы двигателя постоянного тока необходимо, чтобы мы знали все детали конструкции. Якорь — это вращающаяся часть, которая расположена между северным и южным полюсами постоянного или электромагнита, а статор — их неподвижная часть, магнитные поля которой взаимодействуют с магнитным полем ротора или якоря.

Катушка якоря, состоящая из коммутатора и щеток, подключена к источнику постоянного тока. Коммутатор превращает переменный ток, индуцированный в якоре, в постоянный, и щетки перемещают этот ток от вращающейся части двигателя к неподвижной внешней нагрузке.

Как работает двигатель постоянного тока?

В предыдущем разделе мы обнаружили, что двигатели постоянного тока работают на основе принципа электромагнетизма Фарадея и правила левой руки Флеминга. В этом разделе мы покажем вам, как именно работает двигатель постоянного тока и как его компоненты взаимодействуют для запуска этого устройства.

Статор двигателя постоянного тока имеет неподвижный набор магнитов и катушку с проводом, через которую проходит ток, чтобы создать электромагнитное поле, выровненное по центру катушки. Чтобы сконцентрировать магнитное поле. Одна или несколько обмоток изолированного провода намотаны вокруг сердечника двигателя.

Обмотки изолированного провода подключены к поворотному электрическому переключателю, который называется коммутатором, подающим электрический ток на обмотки. Коммутатор позволяет по очереди возбуждать каждую катушку якоря, создавая постоянную вращающую силу.

Для создания этой устойчивой вращающей силы, называемой также крутящим моментом, катушки якоря включаются и выключаются в последовательности, в результате чего создается вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с различными полями неподвижных магнитов в статоре.

Это взаимодействие между вращающимся магнитным полем и полем стационарных магнитов в статоре в конечном итоге заставляет его вращаться. Эти ключевые принципы работы двигателей постоянного тока позволяют им преобразовывать электрическую энергию из постоянного тока в механическую энергию посредством вращательного движения, которое затем может использоваться для приведения в движение объектов.

Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока

Существует широкий ассортимент двигателей постоянного тока различных размеров и размеров, подходящих для различных нужд. Маленькие можно использовать в игрушках, инструментах и ​​бытовой технике, а более крупные используются в лифтах и ​​подъемниках, а также в двигателях электромобилей и промышленных приборов.

Хотя двигатели переменного тока снизили объем продаж двигателей постоянного тока из-за простой генерации и передачи с меньшими потерями на большие расстояния, необходимости меньшего обслуживания и возможности эксплуатации во взрывоопасных средах, двигатели постоянного тока по-прежнему используются там, где переменный ток не может удовлетворить потребности. .У двигателей постоянного тока есть свои уникальные особенности и важность в отраслях, которые компенсируют множество других преимуществ, которыми обладают двигатели переменного тока по сравнению с ними.

Выше мы упомянули некоторые недостатки DC по сравнению с AC. Ниже приведены некоторые из наиболее заметных преимуществ двигателей постоянного тока:

• Они подходят для низкоскоростного крутящего момента
• Они имеют регулируемую скорость
• Они предлагают широкий диапазон регулирования скорости как ниже, так и выше номинальной скорости
• Они имеют очень высокий и сильный пусковой крутящий момент
• Они используются в таких устройствах, как электропоезда и краны, которые в начальных условиях испытывают огромную нагрузку.
• Они более доступны по цене
• Их обслуживание простое и занимает мало времени

Заключение

в этой статье мы постарались дать вам основную и исчерпывающую информацию о принципах работы двигателя постоянного тока.мы говорили о конструкции и конструкции двигателей постоянного тока, о том, что они делают и для каких целей они были разработаны. Кроме того, для лучшего понимания мы привели базовую информацию о различных типах двигателей постоянного тока. Затем мы подошли к разделу, в котором рассказали о принципе работы и функциональных возможностях этого типа двигателя. В конце мы перечислили для вас некоторые особенности, недостатки и недостатки этого типа двигателя и упомянули, где этот тип двигателя обычно используется.

Если у вас есть опыт использования различных типов коллекторных двигателей, мы будем очень рады услышать ваше мнение в комментариях. Кстати, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме и вы все еще не уверены в этом устройстве, вы можете зарегистрироваться на нашем веб-сайте и дождаться, пока наши специалисты по Linquip ответят на ваши вопросы. Надеюсь, вам понравилась эта статья.

Машина постоянного тока — конструкция, работа, типы, уравнения ЭДС и приложения

Машины постоянного тока можно разделить на два типа, а именно двигатели постоянного тока и генераторы постоянного тока .Большинство машин постоянного тока эквивалентны машинам переменного тока, потому что они включают в себя как переменные токи, так и переменные напряжения. Выход машины постоянного тока является выходом постоянного тока, потому что они преобразуют напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. Преобразование этого механизма известно как коммутатор, поэтому эти машины также называются коммутаторами. Машина постоянного тока чаще всего используется в качестве двигателя. Основные преимущества этой машины включают регулировку крутящего момента, а также легкую скорость. Применение машины постоянного тока ограничено поездами, мельницами и шахтами.Например, в вагонах метро, ​​а также в троллейбусах могут использоваться двигатели постоянного тока. В прошлом в автомобилях были установлены динамо-машины постоянного тока для зарядки батарей.

Что такое машина постоянного тока?

Машина постоянного тока — это электромеханическое устройство для преобразования энергии. Принцип работы машины постоянного тока заключается в том, что электрический ток течет через катушку в магнитном поле, а затем магнитная сила создает крутящий момент, который вращает двигатель постоянного тока. Машины постоянного тока подразделяются на два типа, такие как генератор постоянного тока и двигатель постоянного тока.

Обычно двигатель может работать в 4 различных регионах. Четырехквадрантный режим работы двигателя постоянного тока включает в себя следующее.

 Ссылка на ресурс изображения:  mind.ilstu.edu/curriculum/medical_robotics/dcmotor.jpg  

:  daido-electronics.co.jp/english/qa/magnet_lexicon/ha/images/ha12.gif  

 Ссылка на ресурс изображения: ustudy.in/sites/default/files/images/dc%20motor.JPG 

 Ссылка на ресурс изображения:  hades.mech.northwestern.edu/images/thumb/c/cf/Motor_Commutators.jpg/400px-Motor_Commutators.jpg  

: zeva.com.au/Tech/Motors/BLDC.gif 

: e  lectrical4u.com/electrical/wp-content/uploads/2013/07/servo-motor-3.png