Tasavirtamoottorit ovat kaikkialla olevia koneita, joita löytyy erilaisista elektronisista laitteista, joita käytetään erilaisissa sovelluksissa.

Tyypillisesti näitä moottoreita käytetään laitteissa, jotka vaativat jonkinlaista pyörivää tai liikettä tuottavaa ohjausta.Tasavirtamoottorit ovat olennaisia ​​komponentteja monissa sähkötekniikan projekteissa.Tasavirtamoottorin toiminnan ja moottorin nopeuden säätelyn hyvä tuntemus antaa insinööreille mahdollisuuden suunnitella sovelluksia, joilla saavutetaan tehokkaampi liikkeenhallinta.

Tässä artikkelissa tarkastellaan tarkasti saatavilla olevien tasavirtamoottoreiden tyyppejä, niiden toimintatapaa ja nopeuden säätelyä.

Mitä ovat DC-moottorit?

KutenAC moottorit, DC-moottorit muuttavat myös sähköenergian mekaaniseksi energiaksi.Niiden toiminta on päinvastainen kuin DC-generaattori, joka tuottaa sähkövirtaa.Toisin kuin AC-moottorit, DC-moottorit toimivat tasavirralla – ei-sinimuotoisella, yksisuuntaisella teholla.

Perusrakenne

Vaikka tasavirtamoottorit on suunniteltu eri tavoin, ne kaikki sisältävät seuraavat perusosat:

• Roottori (koneen osa, joka pyörii; tunnetaan myös nimellä "ankkuri")
• Staattori (kenttäkäämit tai moottorin "kiinteä" osa)
• Kommutaattori (voi olla harjattu tai harjaton, moottorityypistä riippuen)
• Kenttämagneetit (tarjoavat magneettikentän, joka kääntää roottoriin kytkettyä akselia)

Käytännössä DC-moottorit toimivat pyörivän ankkurin ja staattorin tai kiinteän komponentin tuottamien magneettikenttien välisen vuorovaikutuksen perusteella.

Anturiton DC-harjaton moottoriohjain.Kuva käytetty luvallaKenzi Mudge.

Toimintaperiaate

Tasavirtamoottorit toimivat Faradayn sähkömagnetismin periaatteella, jonka mukaan virtaa kuljettavaan johtimeen kohdistuu voima, kun se asetetaan magneettikenttään.Flemingin "Sähkömoottorien vasemman käden säännön" mukaan tämän johtimen liike on aina kohtisuorassa virran ja magneettikentän suhteen.

Matemaattisesti voimme ilmaista tämän voiman muodossa F = BIL (jossa F on voima, B on magneettikenttä, minä edustan virtaa ja L on johtimen pituus).

Tasavirtamoottorien tyypit

Tasavirtamoottorit jakautuvat eri luokkiin niiden rakenteesta riippuen.Yleisimpiä tyyppejä ovat harjattu tai harjaton, kestomagneetti, sarja ja rinnakkais.

Harjatut ja harjattomat moottorit

Harjattu DC-moottorikäyttää grafiitti- tai hiiliharjaparia, jotka on tarkoitettu johtamaan tai toimittamaan virtaa ankkurista.Nämä harjat säilytetään yleensä kommutaattorin välittömässä läheisyydessä.Muita hyödyllisiä harjojen toimintoja tasavirtamoottoreissa ovat kipinättömän toiminnan varmistaminen, virran suunnan säätö pyörimisen aikana ja kommutaattorin pitäminen puhtaana.

Harjattomat tasavirtamoottoriteivät sisällä hiili- tai grafiittiharjoja.Ne sisältävät yleensä yhden tai useamman kestomagneetin, jotka pyörivät kiinteän ankkurin ympärillä.Harjojen sijasta harjattomissa tasavirtamoottoreissa käytetään elektronisia piirejä pyörimissuunnan ja nopeuden säätämiseen.

Kestomagneettimoottorit

Kestomagneettimoottorit koostuvat roottorista, jota ympäröi kaksi vastakkaista kestomagneettia.Magneetit syöttävät magneettikenttävuon tasavirtaa ohjattaessa, mikä saa roottorin pyörimään myötä- tai vastapäivään napaisuudesta riippuen.Tämän tyyppisen moottorin suuri etu on, että se voi toimia synkronisella nopeudella vakiotaajuudella, mikä mahdollistaa optimaalisen nopeuden säätelyn.

Sarjakäämityt DC-moottorit

Sarjamoottoreissa on staattorin (yleensä kuparista valmistettujen tankojen) käämit ja kenttäkäämit (kuparikäämit) kytkettynä sarjaan.Näin ollen ankkurivirta ja kenttävirrat ovat yhtä suuret.Suuri virta kulkee suoraan syötöstä kenttäkäämeihin, jotka ovat paksumpia ja vähemmän kuin shunttimoottoreissa.Kenttäkäämien paksuus lisää moottorin kantokykyä ja tuottaa myös voimakkaita magneettikenttiä, jotka antavat sarjan tasavirtamoottoreille erittäin suuren vääntömomentin.

Shuntti DC-moottorit

Shuntti-DC-moottorin ankkuri ja kenttäkäämit on kytketty rinnan.Rinnakkaisliitännän ansiosta molemmat käämit saavat saman syöttöjännitteen, vaikka ne viritetään erikseen.Shunttimoottoreissa on tyypillisesti enemmän kierroksia käämeissä kuin sarjamoottoreissa, jotka luovat voimakkaita magneettikenttiä käytön aikana.Shunttimoottoreilla voi olla erinomainen nopeudensäätö myös vaihtelevilla kuormilla.Niistä kuitenkin puuttuu yleensä sarjamoottoreiden korkea käynnistysmomentti.

Moottori- ja nopeudensäätöpiiri asennettuna miniporaan.Kuva käytetty luvallaDilshan R. Jayakody

DC-moottorin nopeudensäätö

Sarjan tasavirtamoottoreissa on kolme päätapaa nopeuden säätöön – vuonsäätö, jännitteensäätö ja ankkurin vastuksen säätö.

1. Vuonsäätömenetelmä

Vuonsäätömenetelmässä reostaatti (eräänlainen säädettävä vastus) kytketään sarjaan kenttäkäämien kanssa.Tämän komponentin tarkoituksena on lisätä käämien sarjavastusta, mikä vähentää vuota ja lisää siten moottorin nopeutta.

2. Jännitteensäätömenetelmä

Muuttuva säätömenetelmää käytetään tyypillisesti shunttitasavirtamoottoreissa.Jännitteen säätelyn ohjaamiseen on jälleen kaksi tapaa:

• Shunttikentän kytkeminen kiinteään jännitysjännitteeseen syöttämällä ankkuriin eri jännitteitä (eli monijänniteohjaus)
• Armatuuriin syötettävän jännitteen muuttaminen (alias Ward Leonard -menetelmä)

3. Ankkurin vastuksen ohjausmenetelmä

Ankkurin vastuksen ohjaus perustuu periaatteeseen, että moottorin nopeus on suoraan verrannollinen takaosan EMF:ään.Joten jos syöttöjännite ja ankkurin vastus pidetään vakiona, moottorin nopeus on suoraan verrannollinen ankkurivirtaan.