Jednosmerné motory sú všadeprítomné stroje, ktoré sa nachádzajú v rôznych elektronických zariadeniach používaných v rôznych aplikáciách.

Typicky sú tieto motory nasadené v zariadeniach, ktoré vyžadujú určitú formu rotačného alebo pohybového riadenia.Jednosmerné motory sú základnými komponentmi v mnohých elektrotechnických projektoch.Dobré znalosti o prevádzke jednosmerného motora a regulácii otáčok motora umožňujú inžinierom navrhovať aplikácie, ktoré dosahujú efektívnejšie riadenie pohybu.

V tomto článku sa podrobne pozrieme na dostupné typy jednosmerných motorov, ich režim prevádzky a ako dosiahnuť reguláciu rýchlosti.

Čo sú to DC motory?

Páči sa mi toAC motory, jednosmerné motory tiež premieňajú elektrickú energiu na mechanickú energiu.Ich činnosť je opačná ako u generátora jednosmerného prúdu, ktorý produkuje elektrický prúd.Na rozdiel od striedavých motorov, jednosmerné motory pracujú na jednosmernom napájaní – nesínusovom, jednosmernom napájaní.

Základná konštrukcia

Aj keď sú jednosmerné motory navrhnuté rôznymi spôsobmi, všetky obsahujú tieto základné časti:

• Rotor (časť stroja, ktorá sa otáča; tiež známa ako „armatúra“)
• Stator (vinutia poľa alebo „stacionárna“ časť motora)
• Komutátor (môže byť kartáčovaný alebo bezkomutátorový, v závislosti od typu motora)
• Magnety poľa (poskytujú magnetické pole, ktoré otáča nápravu pripojenú k rotoru)

V praxi jednosmerné motory pracujú na základe interakcií medzi magnetickými poľami vytváranými rotujúcou kotvou a statorom alebo pevným komponentom.

Bezsenzorový DC bezkomutátorový regulátor motora.Obrázok použitý s láskavým dovolenímKenzi Mudge.

Prevádzkový princíp

Jednosmerné motory fungujú na Faradayovom princípe elektromagnetizmu, ktorý hovorí, že vodič s prúdom je vystavený sile, keď je umiestnený v magnetickom poli.Podľa Flemingovho „pravidla ľavej ruky pre elektromotory“ je pohyb tohto vodiča vždy v smere kolmom na prúd a magnetické pole.

Matematicky môžeme túto silu vyjadriť ako F = BIL (kde F je sila, B je magnetické pole, I znamená prúd a L je dĺžka vodiča).

Typy jednosmerných motorov

Jednosmerné motory spadajú do rôznych kategórií v závislosti od ich konštrukcie.Medzi najbežnejšie typy patrí kartáčovaný alebo bezkartáčový, permanentný magnet, sériový a paralelný.

Kartáčované a bezkartáčové motory

Kefovaný jednosmerný motorvyužíva pár grafitových alebo uhlíkových kefiek, ktoré sú na vedenie alebo dodávanie prúdu z kotvy.Tieto kefy sa zvyčajne uchovávajú v tesnej blízkosti komutátora.Medzi ďalšie užitočné funkcie kief v jednosmerných motoroch patrí zabezpečenie beziskrovej prevádzky, riadenie smeru prúdu počas otáčania a udržiavanie komutátora v čistote.

Bezkartáčové jednosmerné motoryneobsahujú uhlíkové ani grafitové kefy.Zvyčajne obsahujú jeden alebo viac permanentných magnetov, ktoré sa točia okolo pevnej kotvy.Namiesto kief využívajú bezkomutátorové jednosmerné motory elektronické obvody na riadenie smeru otáčania a rýchlosti.

Motory s permanentnými magnetmi

Motory s permanentnými magnetmi pozostávajú z rotora obklopeného dvoma protiľahlými permanentnými magnetmi.Magnety pri prechode jednosmerného prúdu dodávajú tok magnetického poľa, čo spôsobuje, že sa rotor otáča v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek, v závislosti od polarity.Hlavnou výhodou tohto typu motora je, že môže pracovať pri synchrónnej rýchlosti s konštantnou frekvenciou, čo umožňuje optimálnu reguláciu rýchlosti.

Sériovo vinuté jednosmerné motory

Sériové motory majú svoje statorové (zvyčajne vyrobené z medených tyčí) vinutia a budiace vinutia (medené cievky) zapojené do série.V dôsledku toho sú prúd kotvy a prúd poľa rovnaké.Vysoký prúd tečie priamo z napájacieho zdroja do budiacich vinutí, ktoré sú hrubšie a menšie ako v paralelných motoroch.Hrúbka vinutia poľa zvyšuje nosnosť motora a tiež vytvára silné magnetické polia, ktoré dávajú sériovým jednosmerným motorom veľmi vysoký krútiaci moment.

Bočné jednosmerné motory

Bočný jednosmerný motor má svoju kotvu a budiace vinutia zapojené paralelne.Vďaka paralelnému zapojeniu dostávajú obe vinutia rovnaké napájacie napätie, aj keď sú budené oddelene.Bočné motory majú zvyčajne viac závitov na vinutí ako sériové motory, čo počas prevádzky vytvára silné magnetické polia.Bočné motory môžu mať vynikajúcu reguláciu otáčok, dokonca aj pri premenlivom zaťažení.Väčšinou im však chýba vysoký rozbehový moment sériových motorov.

Obvod riadenia motora a rýchlosti inštalovaný v mini vŕtačke.Obrázok použitý s láskavým dovolenímDilshan R. Jayakody

Regulácia otáčok DC motora

Existujú tri hlavné spôsoby, ako dosiahnuť reguláciu rýchlosti v sériových jednosmerných motoroch – riadenie toku, riadenie napätia a riadenie odporu kotvy.

1. Metóda riadenia toku

Pri metóde riadenia toku je reostat (typ premenlivého odporu) zapojený do série s vinutiami poľa.Účelom tohto komponentu je zvýšiť sériový odpor vo vinutí, čím sa zníži tok a následne sa zvýši rýchlosť motora.

2. Metóda regulácie napätia

Metóda variabilnej regulácie sa zvyčajne používa v paralelných jednosmerných motoroch.Existujú opäť dva spôsoby, ako dosiahnuť reguláciu napätia:

• Pripojenie bočného poľa k pevnému budiacemu napätiu pri napájaní kotvy rôznymi napätiami (aka viacnásobné ovládanie napätia)
• Zmena napätia dodávaného do armatúry (známa ako metóda Ward Leonard)

3. Metóda riadenia odporu kotvy

Riadenie odporu kotvy je založené na princípe, že rýchlosť motora je priamo úmerná spätnému EMF.Ak sa teda napájacie napätie a odpor kotvy udržiavajú na konštantnej hodnote, rýchlosť motora bude priamo úmerná prúdu kotvy.