Princip činnosti stejnosměrného motoru

Stejnosměrný stroj (stejnosměrný stroj) označuje rotující motor schopný přeměňovat elektrickou energii ze stejnosměrného proudu na mechanickou energii (jako stejnosměrný motor) nebo přeměňovat mechanickou energii na stejnosměrnou elektrickou energii (jako generátor stejnosměrného proudu). Jde o typ motoru, který usnadňuje vzájemnou přeměnu mezi elektrickou a mechanickou energií. Při provozu jako motor funguje jako stejnosměrný motor, přeměňující elektrickou energii na mechanickou; při provozu jako generátor funguje jako stejnosměrný generátor přeměňující mechanickou energii na elektrickou energii.

 

Struktura složení

Konstrukce stejnosměrného motoru by se měla skládat ze dvou hlavních částí: statoru a rotoru. Stacionární část stejnosměrného motoru během provozu se nazývá stator. Hlavní funkcí statoru je generování magnetického pole, které se skládá ze základny motoru, hlavních magnetických pólů, reverzních pólů, koncovek, ložisek a kartáčových zařízení. Část, která se během provozu otáčí, se nazývá rotor, který generuje především elektromagnetický moment a indukovanou elektromotorickou sílu. Je to náboj pro přeměnu energie u stejnosměrných motorů, proto se mu obvykle říká kotva, skládající se z hřídele, jádra kotvy, vinutí kotvy, komutátoru a ventilátoru.

 

Hlavní magnetický pól

Funkcí hlavního magnetického pólu je generovat magnetické pole vzduchové mezery. Hlavní magnetický pól se skládá ze dvou částí: železného jádra hlavního magnetického pólu a budícího vinutí. Železné jádro je obecně vyrobeno z 0,5 mm až 1,5 mm tlustých plátů z křemíkové oceli, které jsou slisovány a snýtovány dohromady. Je rozdělena na dvě části: tělo hole a boty hole. Část na horní straně budícího vinutí se nazývá tělo pólu a část na spodní straně, která je rozšířena, se nazývá pólové nástavce. Pólové nástavce jsou širší než tělo pólu, čímž lze upravit rozložení magnetického pole ve vzduchové mezeře a usnadnit fixaci budícího vinutí. Budicí vinutí je vyrobeno z izolovaného měděného drátu a omotané kolem jádra hlavního magnetického pólu. Celý hlavní magnetický pól je připevněn k základně stroje pomocí šroubů,

Obracecí tyč

Funkce reverzačního pólu je zlepšit komutaci a snížit možné komutační jiskry mezi elektrickým kartáčem a komutátorem při provozu motoru. Obvykle se instaluje mezi dva sousední hlavní magnetické póly a skládá se z železného jádra reverzního pólu a vinutí reverzního pólu. Vinutí reverzního pólu je vyrobeno z izolovaných drátů navinutých kolem železného jádra reverzačního pólu a počet reverzních pólů je roven hlavním magnetickým pólům.

 

Základna stroje

Vnější plášť statoru motoru se nazývá základna. Funkce základny stroje je dvojí:

Jeden se používá k upevnění hlavního magnetického pólu, reverzního pólu a koncového krytu a k podepření a upevnění celého motoru;

Za druhé, samotná základna stroje je také součástí magnetického obvodu, který tvoří magnetickou dráhu mezi magnetickými póly. Část, kterou prochází magnetický tok, se nazývá magnetické jho. Aby základna stroje měla dostatečnou mechanickou pevnost a dobrou magnetickou vodivost, je obvykle vyrobena z ocelolitiny nebo svařena z ocelových plechů.

 

Zařízení elektrického kartáče

Zařízení s elektrickým kartáčem se používá k zavedení nebo odebrání stejnosměrného napětí a stejnosměrného proudu. Zařízení elektrického kartáče se skládá z elektrického kartáče, držáku kartáče, tyče kartáče a držáku tyče kartáče. Elektrický kartáč je umístěn v držáku kartáče a stlačen pružinou, aby byl zajištěn dobrý kluzný kontakt mezi kartáčem a komutátorem. Držák kartáče je upevněn na kartáčové tyči, která je namontována na kruhovém sedle kartáčové tyče a musí být od sebe izolována. Sedlo kartáčové tyče je instalováno na koncovém krytu nebo vnitřním krytu ložiska a obvodovou polohu lze nastavit. Po úpravě je zafixováno.

 

(1) Železné jádro armatury

Jádro kotvy je hlavní částí hlavního magnetického obvodu a používá se k uložení vinutí kotvy. Obecné železné jádro kotvy je vyrobeno z 0,5 mm tlustých plechů z křemíkové oceli děrovaných a laminovaných, aby se snížily vířivé proudy a ztráty hystereze generované v železném jádru kotvy během provozu motoru. Stohované železné jádro je upevněno na hřídeli nebo konzole rotoru. Vnější kruh železného jádra má štěrbiny kotvy, ve kterých jsou zapuštěna vinutí kotvy.

(2) Vinutí kotvy

Funkcí vinutí kotvy je generovat elektromagnetický moment a indukovanou elektromotorickou sílu a je klíčovou součástí pro přeměnu energie u stejnosměrných motorů, proto se nazývá kotva. Je složen z mnoha cívek (dále jen součástek) spojených podle určitých pravidel. Cívky jsou navinuty vysokopevnostním smaltovaným drátem nebo plochým měděným drátem obaleným skleněnými vlákny. Okraje cívek různých cívek jsou rozděleny do horní a spodní vrstvy a zapuštěny do drážky kotvy. Izolace mezi cívkou a železným jádrem, stejně jako mezi horním a spodním okrajem cívky, musí být řádně udržována. Aby odstředivá síla nevymrštila okraj cívky ze štěrbiny, je štěrbina upevněna klíny štěrbiny. Koncová spojovací část cívky vyčnívající ze štěrbiny je svázána termosetovou netkanou skelnou páskou.

 

(3) Komutátor

U stejnosměrného motoru je komutátor vybaven elektrickými kartáči, které dokážou převést externí stejnosměrný proud na střídavý proud v cívce kotvy a udržet směr elektromagnetického točivého momentu konstantní; U stejnosměrného generátoru je komutátor vybaven elektrickými kartáči, které mohou převádět střídavou elektromotorickou sílu indukovanou v cívce kotvy na přímou elektromotorickou sílu odebíranou z kladných a záporných elektrických kartáčů. Komutátor je válcové těleso složené z mnoha segmentů komutátoru, které jsou mezi sebou izolovány slídovými plechy.

 

(4)Otočný hřídel

Hřídel hraje podpůrnou roli při otáčení rotoru a vyžaduje určitý stupeň mechanické pevnosti a tuhosti. Obvykle se zpracovává z kruhové oceli

Hlavní kategorie

 

(5) DC generátor

DC generátor je stroj, který přeměňuje mechanickou energii na stejnosměrnou elektrickou energii. Používá se hlavně jako zdroj budicí energie pro stejnosměrné motory, elektrolýzu, galvanické pokovování, elektrické tavení, nabíjení a generátory střídavého proudu. Přestože se komponenty výkonových usměrňovačů používají i v místech, kde je potřeba stejnosměrný proud pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný, z hlediska určitých výkonnostních hledisek nemohou zdroje střídavého usměrňovače zcela nahradit generátory stejnosměrného proudu.

(6) Stejnosměrný motor

Rotační zařízení, které přeměňuje energii stejnosměrného proudu na energii mechanickou. Stator elektromotoru zajišťuje magnetické pole, stejnosměrný zdroj dodává proud do vinutí rotoru a komutátor udržuje směr rotorového proudu a točivý moment generovaný magnetickým polem konstantní. Stejnosměrné motory lze rozdělit do dvou kategorií podle toho, zda jsou vybaveny běžně používanými kartáčovými komutátory, včetně kartáčovaných DC motorů a bezkomutátorových DC motorů.

Bezkomutátorový stejnosměrný motor je nový typ stejnosměrného motoru vyvinutý v posledních letech s vývojem mikroprocesorové technologie, aplikací nových výkonových elektronických zařízení s vysokou spínací frekvencí a nízkou spotřebou energie, jakož i optimalizací metod řízení a se vznikem levných-nákladových materiálů s permanentními magnety s vysokou magnetickou energií.

(7) Princip kontroly

Princip řízení bezkomutátorového stejnosměrného motoru spočívá v tom, že aby se motor roztočil, musí řídící jednotka nejprve určit polohu rotoru motoru snímanou Hallovým senzorem a poté rozhodnout o pořadí zapnutí (nebo vypnutí) výkonových tranzistorů ve střídači podle vinutí statoru. AH, BH, CH (nazývají se výkonové tranzistory horního ramene) a AL, BL, CL (nazývají se výkonové tranzistory spodního ramene) v invertoru zajišťují, aby proud procházel cívkou motoru v sekvenci, aby generoval dopředné (nebo zpětné) rotující magnetické pole, a interagují s magnetem rotoru tak, aby se motor otáčel ve směru/proti směru hodinových ručiček. Když se rotor motoru otočí do polohy, ve které je Hallovým senzorem snímána další sada signálů, řídící jednotka zapne další sadu výkonových tranzistorů, takže cyklický motor se může dále otáčet stejným směrem, dokud se řídící jednotka nerozhodne zastavit rotor motoru a vypnout výkonové tranzistory (nebo pouze zapnout výkonové tranzistory spodního ramene); Pokud má být rotor motoru obrácen, pořadí aktivace výkonového tranzistoru se obrátí.

 

V zásadě lze způsob otevírání výkonových tranzistorů uvést na příkladu takto: AH, BL skupina → AH, CL skupina → BH, CL skupina → BH, AL skupina → CH, AL skupina → CH, BL skupina, ale nesmí být otevřena jako AH, AL nebo BH, BL nebo CH, CL. Navíc, protože elektronické součástky mají vždy dobu odezvy spínače, měla by se při vypínání a zapínání brát v úvahu doba odezvy výkonového tranzistoru. V opačném případě, když není horní rameno (nebo spodní rameno) zcela vypnuto, spodní rameno (nebo horní rameno) již bude zapnuto, což má za následek zkrat mezi horním a dolním ramenem a spálení výkonového tranzistoru.

 

Když se motor otáčí, řídicí jednotka porovná příkaz složený z rychlosti a rychlosti zrychlení/zpomalení nastavené řidičem s rychlostí změny signálu Hallova senzoru (nebo vypočítanou softwarově), aby určila, zda má být zapnuta další sada spínačů (AH, BL nebo AH, CL nebo BH, CL nebo...) a doba zapnutí. Pokud rychlost nestačí, bude prodloužena; pokud je rychlost příliš vysoká, bude zkrácena. Tuto část práce dokončuje PWM. PWM je způsob, jak určit, zda je rychlost motoru rychlá nebo pomalá, a jak takové PWM generovat, je základem pro dosažení přesnější regulace rychlosti.

 

Vysokorychlostní{0}}kontrola musí vzít v úvahu, zda je rozlišení CLOCK systému dostatečné pro zachycení doby zpracování softwarových instrukcí. Kromě toho způsob přístupu k datům pro změny signálu Hallových senzorů také ovlivňuje výkon procesoru, přesnost úsudku a výkon v-reálném čase. Pokud jde o ovládání nízkých-rychlostí, zejména nízké{5}}rozjezdu, změny signálu Hallova senzoru se zpomalí. Je velmi důležité extrahovat signál, zpracovat jej ve správný čas a vhodně nakonfigurovat hodnoty řídicích parametrů podle charakteristik motoru. Případně lze zpětnou vazbu rychlosti upravit na základě změn kodéru, aby se zvýšilo rozlišení signálu pro lepší ovládání. Motor může pracovat hladce a dobře reagovat a nelze ignorovat vhodnost PID regulace. Jak již bylo zmíněno dříve, bezkomutátorový stejnosměrný motor je řízení s uzavřenou{13}}smyčkou, takže signál zpětné vazby odpovídá řídicímu oddělení, jak moc se rychlost motoru ještě liší od cílové rychlosti, což je chyba. Poznání chyby přirozeně vyžaduje kompenzaci, které lze dosáhnout pomocí tradičních technických kontrol, jako je PID regulace. Stav a prostředí kontroly jsou však ve skutečnosti složité a neustále se{19}}mění. Aby bylo dosaženo robustního a trvalého řízení, faktory, které je třeba vzít v úvahu, nemusí být plně zvládnuty tradičním technickým řízením. Proto budou také fuzzy řízení, expertní systémy a neuronové sítě zahrnuty jako důležité teorie pro inteligentní PID řízení.