Что такое двигатель постоянного тока? 4-проводная схема, управление скоростью и сравнение двигателей переменного тока- Jiangsu Retek Motion Co., Ltd.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическое вращение посредством взаимодействия магнитных полей. Понимание того, как Двигатель постоянного тока работает по принципу Сила Лоренца – это первый шаг, но выбор правильного Двигатель постоянного тока 12 В с регулируемой скоростью и правильно его подключить, особенно Схема подключения 4-проводного двигателя постоянного тока — определяет реальную производительность. В этой статье раскрывается компоненты двигателя постоянного тока , показывает точно схема подключения двигателя постоянного тока настройки и объясняет контроль скорости и крутящего момента двигателя постоянного тока системы с практическими данными. Мы также противопоставляем как работает двигатель переменного тока чтобы вы могли сделать однозначный выбор.

Что такое двигатель постоянного тока и принцип его вращения

А Двигатель постоянного тока работает по принципу закон силы Лоренца: когда проводник с током помещен в магнитное поле, на него действует механическая сила. Внутри каждого коллекторного двигателя постоянного тока эта сила действует на обмотки якоря, создавая крутящий момент, вращающий вал. Направление вращения определяется правилом левой руки Флеминга: если полярность тока или магнитного поля меняется на противоположную, двигатель меняет направление. В двигателе постоянного тока с постоянными магнитами статор создает фиксированное поле, а ток якоря напрямую управляет крутящим моментом; зависимость линейная: крутящий момент в Нм является произведением постоянной крутящего момента двигателя (Kt) и тока якоря. В типичном Двигатель постоянного тока 12 В с регулируемой скоростью , Kt может составлять около 0,05 Нм/А, что означает, что ток 2 А создает примерно 0,1 Нм постоянного крутящего момента.

Аnother critical principle is back electromotive force (back EMF). As the armature spins, it generates a voltage opposing the supply. The speed of the motor stabilizes when the back EMF plus the resistive voltage drop equals the applied voltage. This self-regulating behavior allows контроль скорости и крутящего момента двигателя постоянного тока схемы должны быть очень предсказуемыми: уменьшите напряжение, и двигатель замедлится, пока не будет достигнуто новое равновесие.

Brushless DC Motor for Robotic Lawn Mower 42mm Diameter W42 Series

Компоненты двигателя постоянного тока: подробная разбивка

Каждый коллекторный двигатель постоянного тока имеет общий набор компоненты двигателя постоянного тока которые напрямую влияют на эффективность и срок службы. В таблице ниже перечислены основные части и их функции. В бесщеточных двигателях постоянного тока (BLDC) механический коммутатор заменяется электронным, но основные электромагнитные компоненты сохраняются.

Основные части коллекторного двигателя постоянного тока и их роль в преобразовании энергии
Компонент	Материал/Тип	Ключевая функция
Статор (полевой магнит)	Постоянный магнит или раневое поле	Создает стационарное магнитное поле
Аrmature (rotor)	Сердечник из ламинированной стали с медной обмоткой.	Проводит ток и генерирует крутящий момент
Коммутатор	Медные сегменты на валу якоря	Меняет направление тока в якоре каждые пол-оборота.
Кисти	Карбон или графит	Передача тока от статических выводов к вращающемуся коммутатору
Вал и подшипники	Стальной вал, шарикоподшипники или подшипники скольжения	Поддержка вращения и уменьшение трения

В двигателях постоянного тока с независимым возбуждением, часто встречающихся при работе с Схема подключения 4-проводного двигателя постоянного тока — питание обмотки возбуждения осуществляется независимо от якоря, что добавляет две дополнительные клеммы по сравнению с обмоткой возбуждения с постоянным магнитом или с последовательной обмоткой. Это обеспечивает точный независимый контроль над потоком возбуждения и током якоря, что важно для современных контроль скорости и крутящего момента двигателя постоянного тока приложения.

Объяснение 4-проводного подключения двигателя постоянного тока и электрических схем

А Схема подключения 4-проводного двигателя постоянного тока обычно представляет собой двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением или универсальный двигатель с доступными обмотками возбуждения и якоря. Четыре клеммы имеют маркировку А1 и А2 (якорь) и Ф1 и Ф2 (поле). Правильный схема подключения двигателя постоянного тока этого типа полностью разделяет цепи якоря и возбуждения. В таблице ниже представлена стандартная схема подключения, используемая в вариаторах. Если вы работаете с двигателем с постоянными магнитами, вы найдете только два провода, а поле создается фиксированными магнитами, что значительно упрощает настройку.

Типичная идентификация клемм и подключение для 4-проводного двигателя постоянного тока с независимым возбуждением
Моторный терминал	Цвет провода (типичный)	Подключиться к
А1	Красный	Аrmature supply positive (from H-bridge or PWM driver)
А2	Черный	Аrmature supply negative
F1	Белый или желтый	Положительное питание возбуждения (регулируемый постоянный ток, постоянное напряжение или ток)
F2	Синий	Питание поля отрицательное

При использовании Двигатель постоянного тока 12 В с регулируемой скоростью в четырехпроводной конфигурации цепь якоря обычно управляется ШИМ-контроллером, работающим при номинальном напряжении 12 В, в то время как цепь возбуждения получает стабильное напряжение 12 В (или более низкое регулируемое напряжение) для поддержания постоянной напряженности поля. Изменение места соединения якоря или соединений возбуждения (но никогда обоих) приведет к изменению направления вращения. Некоторые приводы также поддерживают ослабление поля: снижение напряжения возбуждения ниже номинального увеличивает скорость за счет крутящего момента - метод, используемый для работы с постоянной мощностью выше базовой скорости.

Управление скоростью и крутящим моментом двигателя постоянного тока 12 В с регулируемой скоростью

Точный контроль скорости и крутящего момента двигателя постоянного тока схемы начинается с широтно-импульсной модуляции. Для Двигатель постоянного тока 12 В с регулируемой скоростью , переключение H-моста на основе MOSFET с частотой 20 кГц обеспечивает среднее напряжение от 0 до 12 В. В протестированном двигателе постоянного тока напряжением 12 В, мощностью 50 Вт скорость холостого хода при рабочем цикле 100% составила 3200 об/мин. При рабочем цикле 50 % скорость упала примерно до 1550 об/мин при сохранении плавного вращения с пульсациями скорости менее 2 %. Однако крутящий момент оставался почти пропорциональным среднему току: при токе 1 А двигатель выдавал 0,12 Нм; при токе 3 А крутящий момент достигал 0,35 Нм. Такое линейное соотношение ток-момент упрощает реализацию ограничения крутящего момента путем измерения тока якоря и уменьшения рабочего цикла ШИМ в случае превышения заданного порога.

Управление с обратной связью еще больше повышает производительность. Добавление квадратурного энкодера на вал двигателя позволяет микроконтроллеру поддерживать заданную скорость в пределах ±1%. Для регулирования крутящего момента датчик тока в контуре якоря подает сигнал на ПИ-регулятор, который регулирует сигнал ШИМ в реальном времени. В промышленных условиях двигатель с независимым возбуждением и Схема подключения 4-проводного двигателя постоянного тока дает дополнительную возможность управления по полю: поддерживайте постоянное напряжение возбуждения для высокого крутящего момента на низкой скорости, затем ослабляйте поле, чтобы расширить диапазон скоростей. Данные показывают, что уменьшение тока возбуждения на 30 % может увеличить максимальную скорость примерно на 40 %, хотя доступный крутящий момент падает обратно пропорционально.

Двигатель постоянного тока против двигателя переменного тока: как работает двигатель переменного тока?

Понимание как работает двигатель переменного тока помогает прояснить преимущества и ограничения двигателя постоянного тока. Самый распространенный асинхронный двигатель переменного тока работает по принципу вращающегося магнитного поля. Когда трехфазный переменный ток протекает через обмотки статора, расположенные на расстоянии 120° друг от друга, он создает магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью — 1800 об/мин для 4-полюсного двигателя с питанием 60 Гц. Это вращающееся поле индуцирует ток в стержнях ротора, и взаимодействие создает крутящий момент. Однофазному асинхронному двигателю необходима пусковая обмотка и конденсатор для создания фазового сдвига и инициирования вращения. В отличие от двигателя постоянного тока, скорость асинхронного двигателя тесно связана с частотой питания и скольжением (обычно на 2–5 % ниже синхронной скорости при полной нагрузке).

Напротив, Двигатель постоянного тока 12 В с регулируемой скоростью меняет скорость просто регулируя напряжение, а его пусковой момент может превышать 200% номинального крутящего момента без сложной электроники привода. Двигатели переменного тока превосходно справляются с задачами высокой мощности с постоянной скоростью, в то время как двигатели постоянного тока, особенно коллекторные и BLDC-типы, доминируют в задачах с батарейным питанием и прецизионных сервоприводов. схема подключения двигателя постоянного тока Настройка также проще для переменной скорости: одиночный ШИМ-контроллер вместо преобразователя частоты, необходимого для управления скоростью переменного тока. Выбор между ними сводится к требуемому диапазону скоростей, допускам технического обслуживания и доступному источнику питания.

Previous: Перегрев и ремонт двигателя вентилятора болотного охладителя: полное руководство Next: Как работают электродвигатели: выбор, расчеты и устранение неисправностей