Принципът на работа на DC двигателя

.Машината за постоянен ток (DC машина) се отнася до въртящ се двигател, способен да преобразува електрическа енергия от постоянен ток в механична енергия (като DC двигател) или да преобразува механичната енергия в постоянен ток електрическа енергия (като DC генератор). Това е вид двигател, който улеснява взаимното преобразуване между електрическа и механична енергия. Когато работи като двигател, той функционира като DC двигател, преобразувайки електрическата енергия в механична енергия; когато работи като генератор, той функционира като DC генератор, преобразувайки механичната енергия в електрическа.

 

Композиционна структура

Структурата на постояннотоков двигател трябва да се състои от две основни части: статор и ротор. Стационарната част на постояннотоков двигател по време на работа се нарича статор. Основната функция на статора е да генерира магнитно поле, което се състои от основата на двигателя, главните магнитни полюси, обръщащите полюси, крайните капачки, лагерите и четките. Частта, която се върти по време на работа, се нарича ротор, който генерира главно електромагнитен въртящ момент и индуцирана електродвижеща сила. Това е хъбът за преобразуване на енергия в двигатели с постоянен ток, така че обикновено се нарича арматура, състояща се от вал, сърцевина на котвата, намотка на котвата, комутатор и вентилатор.

 

Главен магнитен полюс

Функцията на главния магнитен полюс е да генерира магнитно поле на въздушна междина. Основният магнитен полюс се състои от две части: желязна сърцевина на главния магнитен полюс и намотка на възбуждане. Желязното ядро ​​обикновено е направено от силициеви стоманени плочи с дебелина от 0,5 mm до 1,5 mm, които са пресовани и занитени заедно. Разделен е на две части: тялото на щеката и обувките на щеката. Частта отгоре на възбуждащата намотка се нарича полюсно тяло, а частта отдолу, която е разширена, се нарича полюсни обувки. Полюсните обувки са по-широки от тялото на полюса, което може да регулира разпределението на магнитното поле във въздушната междина и да улесни фиксирането на намотката на възбуждане. Възбуждащата намотка е направена от изолирана медна жица и увита около ядрото на главния магнитен полюс. Целият главен магнитен полюс е фиксиран към основата на машината с винтове,

Заден стълб

Функцията на реверсивния полюс е да подобри комутацията и да намали възможните комутационни искри между електрическата четка и комутатора по време на работа на двигателя. Обикновено се инсталира между два съседни главни магнитни полюса и се състои от желязна сърцевина с обръщащ полюс и намотка с обръщащ полюс. Намотката на обръщащия полюс е направена от изолирани проводници, навити около желязната сърцевина на обръщащия полюс, а броят на обръщащите полюси е равен на главните магнитни полюси.

 

Машинна база

Външната обвивка на статора на двигателя се нарича основа. Функцията на основата на машината е двойна:

Единият се използва за фиксиране на главния магнитен полюс, обръщащия полюс и крайния капак, както и за поддържане и фиксиране на целия двигател;

Второ, самата основа на машината също е част от магнитната верига, която образува магнитния път между магнитните полюси. Частта, през която преминава магнитният поток, се нарича магнитно ярем. За да се гарантира, че основата на машината има достатъчна механична якост и добра магнитна проводимост, тя обикновено е изработена от лята стомана или заварена от стоманени плочи.

 

Устройство с електрическа четка

Устройството с електрическа четка се използва за въвеждане или извличане на постоянно напрежение и постоянен ток. Устройството за електрическа четка се състои от електрическа четка, държач за четка, прът за четка и държач за прът за четка. Електрическата четка се поставя в четкодържача и се притиска с пружина, за да се осигури добър плъзгащ контакт между четката и комутатора. Държачът на четката е фиксиран върху пръта на четката, който е монтиран върху кръгла опора на пръта на четката и трябва да бъде изолиран един от друг. Седалката на пръта на четката е монтирана върху крайния капак или вътрешния капак на лагера и положението по периферията може да се регулира. След настройка се оправя.

 

(1) Арматурна желязна сърцевина

Ядрото на котвата е основната част от главната магнитна верига и се използва за вграждане на намотката на котвата. Общата желязна сърцевина на котвата е направена от листове от силициева стомана с дебелина 0,5 mm, щанцовани и ламинирани, за да се намалят загубите от вихров ток и хистерезис, генерирани в желязната сърцевина на котвата по време на работа на двигателя. Подредената желязна сърцевина е фиксирана върху вала или конзолата на ротора. Външният кръг на желязното ядро ​​има процепи за котва, в които са вградени намотки на котвата.

(2) Намотка на котвата

Функцията на намотката на котвата е да генерира електромагнитен въртящ момент и индуцирана електродвижеща сила и е ключов компонент за преобразуване на енергия в двигатели с постоянен ток, така че се нарича арматура. Състои се от множество бобини (наричани по-нататък компоненти), свързани по определени правила. Бобините са навити с емайлирана жица с висока{2}}здравост или плоска медна жица, обвита със стъклени влакна. Ръбовете на намотките на различните намотки са разделени на горен и долен слой и са вградени в слота на арматурата. Изолацията между намотката и желязната сърцевина, както и между горния и долния ръб на намотката, трябва да се поддържа правилно. За да се предотврати центробежната сила да изхвърли ръба на бобината извън слота, шлицът е фиксиран с клинове за шлици. Крайната съединителна част на намотката, излизаща от слота, е завързана с термореактивна не-тъкана стъклена лента.

 

(3) Комутатор

При постояннотоков двигател комутаторът е снабден с електрически четки, които могат да преобразуват външната постоянна мощност в променлив ток в арматурната намотка, като поддържат посоката на електромагнитния въртящ момент постоянна; В генератор на постоянен ток комутаторът е оборудван с електрически четки, които могат да преобразуват променливата електродвижеща сила, индуцирана в намотката на арматурата, в директна електродвижеща сила, извлечена от положителни и отрицателни електрически четки. Комутаторът е цилиндрично тяло, съставено от множество комутационни сегменти, които са изолирани със слюдени листове между тях.

 

(4) Въртящ се вал

Валът играе поддържаща роля при въртенето на ротора и изисква определена степен на механична якост и твърдост. Обикновено се обработва от кръгла стомана

Основни категории

 

(5) DC генератор

DC генераторът е машина, която преобразува механичната енергия в DC електрическа енергия. Използва се главно като източник на енергия за възбуждане на двигатели с постоянен ток, електролиза, галванопластика, електрическо топене, зареждане и AC генератори. Въпреки че компонентите на токоизправителя се използват и на места, където е необходим постоянен ток за преобразуване на променлив ток в постоянен, по отношение на определени аспекти на производителността, източниците на токоизправител за променлив ток не могат напълно да заменят генераторите на постоянен ток.

(6)DC двигател

Въртящо се устройство, което преобразува енергията на постоянен ток в механична енергия. Статорът на електродвигателя осигурява магнитно поле, постояннотоковото захранване осигурява ток към намотката на ротора, а комутаторът поддържа посоката на тока на ротора и въртящия момент, генериран от магнитното поле, постоянни. DC двигателите могат да бъдат разделени на две категории въз основа на това дали са оборудвани с често използвани четкови комутатори, включително четкови DC двигатели и безчеткови DC двигатели.

Безчетковият постояннотоков двигател е нов тип постояннотоков двигател, разработен през последните години с развитието на микропроцесорната технология, прилагането на нови силови електронни устройства с висока честота на превключване и ниска консумация на енергия, както и оптимизирането на методите за управление и появата на ниски-разходни материали с постоянен магнит с високо ниво на магнитна енергия.

(7) Принцип на управление

Принципът на управление на безчетков DC двигател е, че за да накара двигателя да се върти, управляващият блок трябва първо да определи позицията на ротора на двигателя, усетен от сензора на Хол, и след това да реши реда на включване (или изключване) на силовите транзистори в инвертора според намотката на статора. AH, BH, CH (те се наричат ​​транзистори на горната част на рамото) и AL, BL, CL (те се наричат ​​транзистори на мощността на долната част на рамото) в инвертора карат тока да протича през бобината на двигателя последователно, за да генерират предно (или обратно) въртящо се магнитно поле и взаимодействат с магнита на ротора, така че да накарат двигателя да се върти по посока на часовниковата стрелка/обратно на часовниковата стрелка. Когато роторът на двигателя се завърти до позицията, в която друг набор от сигнали се усеща от сензора на Хол, управляващият блок включва следващия набор от силови транзистори, така че цикличният двигател да може да продължи да се върти в същата посока, докато управляващият блок реши да спре ротора на двигателя и да изключи силовите транзистори (или да включи само силовите транзистори на долното рамо); Ако роторът на двигателя трябва да бъде обърнат, редът на активиране на силовия транзистор се обръща.

 

По принцип методът на отваряне на силовите транзистори може да бъде илюстриран по следния начин: AH, BL група → AH, CL група → BH, CL група → BH, AL група → CH, AL група → CH, BL група, но не трябва да се отваря като AH, AL или BH, BL или CH, CL. В допълнение, тъй като електронните компоненти винаги имат време за реакция на превключване, времето за реакция на силовия транзистор трябва да се вземе предвид при изключване и включване. В противен случай, когато горното рамо (или долното рамо) не е напълно изключено, долното рамо (или горното рамо) вече ще бъде включено, което ще доведе до късо съединение между горното и долното рамо и изгаряне на силовия транзистор.

 

Когато моторът се върти, контролният блок ще сравни командата, съставена от скоростта и скоростта на ускорение/забавяне, зададени от водача, със скоростта на промяна на сигнала на сензора на Хол (или изчислена от софтуера), за да определи дали следващият набор от превключватели (AH, BL или AH, CL или BH, CL или...) трябва да бъде включен и продължителността на времето за включване. Ако скоростта не е достатъчна, тя ще бъде удължена; ако скоростта е твърде висока, тя ще бъде съкратена. Тази част от работата е завършена от PWM. ШИМ е начинът да се определи дали скоростта на двигателя е бърза или бавна и как да се генерира такава ШИМ е в основата за постигане на по-прецизен контрол на скоростта.

 

Високо{0}}контролът на скоростта трябва да вземе предвид дали разделителната способност на ЧАСОВНИКА на системата е достатъчна, за да разбере времето за обработка на софтуерните инструкции. Освен това методът за достъп до данни за промени в сигнала на сензора на Хол също влияе върху производителността на процесора, точността на преценката и-производителността в реално време. Що се отнася до контрола на скоростта при ниска-скорост, особено стартирането при ниска{5}}скорост, промените във върнатия сигнал от сензора на Хол стават по-бавни. Много е важно да извлечете сигнала, да го обработите в точното време и да конфигурирате стойностите на контролния параметър по подходящ начин според характеристиките на двигателя. Алтернативно, обратната връзка за скоростта може да се регулира въз основа на промените на енкодера, за да се увеличи разделителната способност на сигнала за по-добър контрол. Моторът може да работи гладко и да реагира добре, а уместността на PID контрола не може да бъде пренебрегната. Както бе споменато по-рано, безчетковият постояннотоков двигател е управление със затворен -контур, така че сигналът за обратна връзка е еквивалентен на указване на контролния отдел колко скоростта на двигателя все още се различава от целевата скорост, което е грешката. Познаването на грешката естествено изисква компенсация, която може да бъде постигната чрез традиционни инженерни контроли като PID контрол. Състоянието и средата на контрол обаче всъщност са сложни и постоянно-променящи се. За да се постигне стабилно и трайно управление, факторите, които трябва да се вземат предвид, може да не бъдат напълно овладени от традиционното инженерно управление. Следователно размитото управление, експертните системи и невронните мрежи също ще бъдат включени като важни теории за интелигентно PID управление.