Що таке двигун постійного струму

У сучасній промисловості та житті, хоча ми не можемо бачити двигунів, ми з ними справляємо щодня, а двигуни DC - найсміливіші та найпоширеніші. Незалежно від того, що це ваш домашній вентилятор, дитячі іграшки, склоочисники, або навіть джерело живлення, що стоїть за автоматизованою робототехнічною рукою, він може керуватися двигуном постійного струму.

 

Отже, що таке двигун постійного струму? Простіше кажучи, це пристрій, який перетворює електричну енергію постійного струму в механічну енергію. Хоча історію двигунів постійного струму можна простежити ще до 19 століття, її не усунули часи. Натомість він продовжує бути активним у полях невеликих приводів та високоточного контролю. Завдяки розробці технології електронного управління типи постійних двигунів постійно збагачуються, такі як матові двигуни постійного струму, безчесні двигуни постійного струму, двигуни без Coreless, двигуни передач тощо. Різні типи підходять для різних сценаріїв та обладнання.

 

У цій статті ми проведемо вас через принципи, структури та класифікації, щоб повністю зрозуміти робочий механізм та сценарії застосування двигунів постійного струму, що допомагає вам швидко розпочати роботу з цим важливим електромеханічним продуктом.

 

 

Як працюють двигуни постійного струму: як магнітні поля та струми виробляють обертання?

Щоб зрозуміти принцип роботи двигуна постійного струму, ми можемо узагальнити його в одному реченні: струм протікає через дріт, дріт піддається силі в магнітному полі, тим самим приводячи ротор до обертання.

 

Іншими словами, двигун постійного струму - це як "фабрика перетворення енергії": він отримує потужність постійного струму від джерела живлення, а потім генерує електромагнітний крутний момент через внутрішню обмотку арматури під дією магнітного поля, тим самим приводячи механічну частину до обертання.

 

Принципна діаграма роботи

 

Чому він може обертатися? Принцип насправді походить від "правила лівої руки"

Коли струм проходить через дріт у магнітному полі, дріт буде підданий силі, перпендикулярній напрямку струму та магнітному полі. Це знаменита "амперна сила". Для визначення напрямку сили ви можете використовувати "Правило зліва".

 

У двигуні постійного струму ця сила діє на декілька котушок на арматурі, в кінцевому рахунку сходяться на безперервну обертальну силу.

 

Комутатор: ключ до постійного обертання

Але є проблема: якщо котушка завжди зберігає один напрямок у магнітному полі, двигун зупиниться через половину повороту. Для вирішення цієї проблеми до двигуна постійного струму додається дуже критичний пристрій - комутатор.

 

Комітат постійно перемикає напрямок струму під час обертання арматури, щоб котушка завжди була вимушена в одному напрямку в магнітному полі, тим самим досягаючи безперервного обертання.

 

Ця проста та ефективна структура є однією з важливих причин, чому двигуни постійного струму широко використовуються. Якщо ви хочете дізнатися більше: чому поточне та магнітне поле генерує крутний момент? Як комунатор насправді досягає комутації? Як процес сили арматури досягає безперервного виходу? Тоді ви можете прочитати цю статтю "Принцип робочого моторів DC: чудове поєднання магнітного поля та струму"

 

 

З чого виготовлений двигун постійного струму? Дозвольте показати вам ключові компоненти

Хоча існує багато типів двигунів постійного струму (наприклад, матовими, безщірками, постійним магнітом тощо), їх основні структури приблизно схожі. Давайте візьмемо матовий двигун постійного струму як приклад, щоб зрозуміти його основні компоненти та функції по черзі.

 

1. Арматура: головний символ перетворення електричної енергії в механічну енергію

Арматура - це обертова частина двигуна, як правило, складається з залізного ядра з мідним дротяним, раном навколо нього. Він розміщується на котушці, і коли прямий струм проходить через арматуру, він генерує крутний момент під дією магнітного поля, тим самим приводячи двигун до обертання.

 

Арматура - це і "кінець потужності", і прямий носій електромагнітної сили. Його конструкція впливає на ефективність та продуктивність двигуна.

 

2. Computator: "перемикач", який дозволяє безперервне обертання

Пан -комутатор - це пристрій, який з'єднує арматуру та щітки, як правило, сегментоване мідне кільце. Його функція полягає в тому, щоб автоматично перемикати напрямок струму, коли арматура обертається, тим самим зберігаючи арматуру безперервно. Це незамінний компонент у матових двигунах.

 

3. Кисть: провідний міст

Кисть - це ключовий компонент, який вводить прямий струм із зовнішнього джерела живлення в обмотку арматури. Загальні матеріали-це графітові або металеві-графітні композити. Він контактує та ковзає з комутатором, що дозволяє стабільно доставляти струм до обертової арматури.

 

Слід зазначити, що пензлі носять деталі і будуть зношуватися після тривалого використання. Їх потрібно регулярно замінювати, що також є важливою частиною обслуговування двигуна пензлів.

 

4. СТАТОР: Статична частина, яка генерує магнітне поле

Статор - це нерухома частина двигуна, яка відповідає за забезпечення постійного магнітного поля для арматури. Статор може бути постійним магнітом (тобто постійним двигуном постійного струму постійного струму) або котушкою, що живиться (тобто двигуном постійного струму). Його можна розділити на різні типи відповідно до різних способів генерування магнітного поля.

 

5. житло та підшипники: структура та підтримка

Обрізання двигуна в основному відіграє захисну та фіксуючу роль, тоді як внутрішній підшипник забезпечує плавне та низьке обертання арматури, що є основною структурою для забезпечення життя та стабільності двигуна.

 

Короткий зміст: Основна структура двигуна постійного струму включає: арматуру, комутатор, пензлі, статори, підшипники тощо. Ці компоненти працюють разом для завершення перетворення електричної енергії в механічну енергію, що є гарантією для ефективної роботи двигуна.

 

 

Коли багато людей вперше знайомляться з двигуном постійного струму, вони можуть подумати, що це лише невеликий двигун, який можна повернути, ввімкнувшись. Але насправді двигуни постійного струму можна класифікувати з декількох вимірів, таких як метод комутації, джерело магнітного поля, структура обмотки тощо. Наступні три найпоширеніші методи класифікації:

 

Відповідно до методу комутації:

Матовий двигун постійного струму

Це найбільш класичний тип двигуна постійного струму, з простою структурою та низькою вартістю. Він перемикає напрямок струму через механічний контакт між пензлем та комутатором, щоб підтримувати безперервне обертання двигуна.

 

Переваги: ​​проста структура, проста у контролі, низька вартість, придатна для іграшок, невеликих приладів тощо.

 

Недоліки: пензлі легко носити, короткий термін експлуатації, гучний шум, часте обслуговування.

 

Безщівний двигун постійного струму

Безчесний двигун усуває пензлі та комутатор і використовує електронну систему управління для комутації, що робить її більш ефективною та має довше життя.

 

Переваги: ​​висока ефективність та тиша, довге життя, в основному без технічного обслуговування, придатне для обладнання середнього до високого рівня, такого як безпілотники та електроінструменти.

 

Недоліки: вимагає спеціалізованого контролера, високої вартості, складної системи управління

 

Відповідно до джерела магнітного поля:

Постійний магнітний двигун постійного струму (двигун PMDC)

Постійні магніти використовуються для заміни обмотки поля для отримання магнітного поля. Вони мають компактну структуру та швидку реакцію. Вони зазвичай використовуються в електромобілях, автоматичних дверях, роботах тощо. Вони можуть бути або матовими, або безчесними двигунами.

 

Переваги: ​​проста структура, невеликий розмір, висока ефективність, швидка динамічна реакція

 

Недоліки: Міцність магнітного поля не може бути відрегульована, а верхня межа потужності обмежена магнітним матеріалом.

 

Збуджений двигун постійного струму

Магнітне поле генерується електромагнітною котушкою (обмотка збудження), яку можна підрозділити на серійне збудження, паралельне збудження, сполучне збудження тощо. Він підходить для промислового обладнання, яке вимагає великого початкового крутного моменту або широкого діапазону регулювання швидкості.

 

Переваги: ​​регульоване магнітне поле, сильний крутний момент, підходить для умов високої потужності

 

Недоліки: складна структура, важка для контролю, відносно великі розміри

 

Відповідно до структури обмотки або кількості фаз живлення (здебільшого використовується для безщільних двигунів):

"Номер фази" двигуна відноситься до кількості каналів, через які струм проходить через обмотку. Поширені типи включають однофазні, двофазні та трифазні. Ця класифікація особливо важлива для безщільних двигунів постійного струму (BLDC), оскільки різні фазові чисельність суттєво впливає на стабільність, методи управління та області застосування.

 

Однофазний безщітковий двигун постійного струму

Однофазні двигуни мають найпростішу структуру і зазвичай потребують лише двох проводів для управління. Приводна схема має низьку вартість, тому їх часто використовують у мікропристроїв з низькими вимогами до продуктивності.

Переваги: ​​найпростіша структура, низька вартість, придатна для застосувань з низьким крутним моментом, таких як невеликі вентилятори та портативні пристрої

 

Недоліки: великі коливання крутного моменту, не такі гладкі, як багатофазні двигуни при запуску

 

Двофазний безщасливий двигун постійного струму

Він складніше, ніж однофазна, як правило, використовуючи чотирипровідну або шестипровідну структуру, і є більш гнучким для контролю. Він схожий на ступінчасту структуру двигуна, але метод приводу відрізняється.

Переваги: ​​компактна структура, стабільна робота, зазвичай використовується в мікропристроїв та медичних інструментах

 

Недоліки: порівняно з трифазними двигунами, все ще є певне коливання крутного моменту

 

Трифазний безщасливий двигун постійного струму

Це найбільш основна і найефективніша безчесна структура двигуна на ринку, з плавною експлуатацією та безперервним крутним моментом, і широко використовується в різних програмах середнього до високого рівня.

Переваги: ​​безперервний крутний момент, висока ефективність, тиха експлуатація, це найпопулярніший тип безщільного двигуна, широко використовується в електромобілях, електроінструменті, безпілотниках тощо

 

Недоліки: система управління складна, а вартість відносно висока

 

Різні методи класифікації розкривають ключові відмінності в структурі двигуна, продуктивності та застосуванні. Варто зазначити, що ці класифікації не є взаємовиключними. Наприклад, двигун може бути трифазним безщірним постійним магнітом постійного струму, який відповідає всім трьом розмірам класифікації. Розуміння цих основ допоможе в подальших рішеннях про вибір та застосування.

 

 

У сучасній інженерії та житті двигуни DC є скрізь. Завдяки перевагам простого контролю, швидкої реакції та різноманітних структур, двигуни постійного струму широко використовуються в різних продуктах та системах. Від побутових приладів до промислової автоматизації, до безпілотників та медичного обладнання, DC Motors "розширює" все.

 

Нижче наведено кілька типових сценаріїв застосування, розділених на промисловість або функцію:

1. Домашня техніка та щоденні електронні пристрої

Двигуни постійного струму найчастіше зустрічаються в невеликих побутових приладах. Вони компактні і тихі, придатні для застосувань, які потребують низької напруги, низької шуму та низької вартості.

 

Вакуумні очищувачі, фени, блендери (висока швидкість, хороша стабільність)

 

Електричні зубні щітки, електричні бальвиди (використовуючи матові або коморські двигуни)

 

Електричні штори, електричні замки дверей (низька напруга, додатки з низьким вмістом електроенергії)

 

Поширені типи: матовий двигун, безземневий двигун, невеликий безщасливий двигун постійного струму

 

2. Іграшки, моделі та розважальна електроніка

Від автомобілів дистанційного керування до безпілотників, двигуни DC відіграють ключову роль. Висока швидкість, швидка реакція, легка вага та компактність - основні вимоги таких сцен.

 

Автомобілі дистанційного керування та літаки (використовуючи безчесні двигуни для збільшення швидкості та витривалості)

 

Роботи, робототехнічні руки (двигуни DC Encoder, які потребують точного контролю)

 

Загальні типи: безщірковий двигун постійного струму, двигун постійного струму з кодером, двигун без Cereless

 

3. Промислова автоматизація та механічний привід

Вимоги щодо продуктивності для двигунів у промислових умовах вищі, і вони повинні мати такі характеристики, як високий крутний момент, сильна керованість та тривалий термін експлуатації.

 

Автоматизована виробнича лінія (DC Servo двигун, система зворотного зв'язку кодера)

 

Передача обладнання, електричний штовхач (постійний магніт постійного струму, комбінація двигуна передач)

 

Машинки з ЧПУ (високоточні безщірні двигуни постійного струму)

 

Загальні типи: сервоочисник DC, високий крутний момент двигуна постійного струму, двигун з редукторною передачею

 

4. Транспорт та зелені подорожі

Зелені інструменти для подорожей, такі як електричні велосипеди, електромобілі та балансують велосипеди в основному використовують постійні двигуни в якості їх силового ядра, особливо високоефективних безщівних двигунів постійного струму.

 

Електричний велосипед (безщасливий двигун маточини)

 

Електричний скутер (24 В \/ 36 В безщітник двигуна)

 

Розумний балансуючий автомобіль (високий крутний момент двигуна постійного струму з системою управління)

 

Загальні типи: матониця безщасливо

 

5. Медичні пристрої та точне обладнання

Двигуни постійного струму, особливо Coreless Motors та Servo Motors, також широко використовуються в галузі медичного обладнання, яка має надзвичайно високі вимоги до шуму, обсягу та швидкості відповіді.

 

Інфузійний насос, мікро вентилятор (Coreless Motor, чутлива реакція)

 

Електричні хірургічні інструменти (висока швидкість, низький шум безщівного двигуна)

 

Офтальмологічне обладнання для експертизи (ультра-низька вібрація сервомотор)

 

Загальні типи: беззастережні двигуни постійного струму, невеликі мотори DC Servo, безчесні двигуни

 

Двигуни постійного струму були глибоко вбудовані в наше життя та промислові системи завдяки їх гнучкій структурі, простому контролю та швидкій реакції. Від дитячих іграшок до високоточного медичного обладнання, від автоматизованих виробничих ліній до електричних інструментів подорожей, всі покладаються на двигуни постійного струму для досягнення драйву та інтелекту.

 

Різні сценарії застосування мають різні вимоги до рівня напруги двигунів постійного струму. Хочете знати, як вибрати 12 В, 24 В, 36 В або 48 В відповідно до ваших потреб? Ви можете звернутися до нашого "Посібник з аналізу рівня напруги двигуна постійного струму".