Что такое электродвигатель?
Электродвигатель - это машина, способная преобразовывать электрическую энергию в механическую с помощью магнитного поля. Конечно, мы выделяем много типов двигателей, если электропривод купить украина, то они могут отличаться по конструкции, форме и применению. Однако принцип работы сводится к тому же, то есть к использованию магнитных полей для вращения вала.
Основные параметры электродвигателей
- скорость вращения
- крутящий момент
Переменными в этих двигателях являются правильно подобранные обмотки (толщина обмоточного провода и количество витков). Кроме того, могут использоваться электронные контроллеры, например тиристорные, где частота вращения вала ротора плавно регулируется потенциометром, а потери мощности практически не заметны. Еще один способ регулирования крутящего момента и скорости - механические трансмиссии, подробнее о них в отдельной статье.
В электродвигателях крутящий момент создается за счет взаимодействия магнитных полей, создаваемых статором и ротором. Магнитное поле появляется в результате протекания электрического тока. Это взаимодействие, как мы знаем из уроков физики, зависит от магнитного потока, в котором находится проводник, а также от величины тока и его положения по отношению к напряженности магнитного поля. В электродвигателях постоянного тока внешнее магнитное поле создается двумя способами, в случае двигателей малой мощности с помощью постоянных магнитов, вторым способом является использование обмоток, так называемых Статор - это решение, которое можно найти, например, в аккумуляторных дрелях.
В магнитном поле ротор, который, в свою очередь, как статор, состоит из множества обмоток. В традиционных решениях обмотка ротора располагается в специально подготовленных пазах сердечника, т.е. в пазах. Сердечник изготовлен из ферромагнитного материала (т.е. из специальной стали с высокой магнитной проницаемостью). Обмотки статора также намотаны на ферромагнитный сердечник, между статором и ротором должен быть воздушный зазор и он должен быть как можно меньше.
Принцип работы электродвигателя
Электрический ток к ротору подводится от коммутатора. По нему скользят две графитовые щетки (отсюда и название, а графит используется из-за его абразивности), щетки напрямую подключаются к источнику питания. В результате прохождения тока через ротор вокруг него создается магнитное поле, полюс N за ротором и полюс S перед ротором. Одноименные полюса постоянного магнита и ротора отталкиваются друг от друга, а полюса противоположных полюсов притягиваются друг к другу, что приводит к вращательному движению. Коммутатор имеет изолированные деления, поэтому ток некоторое время не течет, но он не влияет на движение ротора, потому что в этот момент он совершит полоборота под действием силы инерции.
Коммутатор или механический выпрямитель тока
Он позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный. Он состоит из изолированных полуколец, установленных с ротором на одной оси.
Коммутация - это совокупность явлений, связанных с изменением направления тока в катушке, закороченной щетками. Этот процесс происходит, когда катушка переключается с одной ветви якоря на другую из-за вращения ротора.
Ускоренная коммутация: это такая, при которой изменение тока в катушке происходит уже в первой половине периода коммутации. Ускоренная коммутация достигается, когда электродвижущая сила вращения индуцируется катушкой, закороченной щеткой. В случае двигателя возврат индуцированной электродвижущей силы должен быть согласован с возвращением наведенной полюсом, из которого катушка естественно выходит.
Отложенная коммутация: появляется, если ток больше нуля в середине периода коммутации. Фактором, дополнительно задерживающим коммутацию, является действие якоря. Отсроченная коммутация очень невыгодна, потому что щетка, выходящая из секции коммутатора в момент, когда ток в катушке не достиг значения тока в ветви, такое положение вещей может вызвать появление электрической дуги, если эта дуга проникает в дальнейшие участки, произойдет короткое замыкание коммутатора, и заодно остановит наш мотор.
Обратите внимание: плохая коммутация вызывает искрение, которое может разрушить щетки и коммутатор. Коммутация считается удовлетворительной, если на щетках нет искры. Есть механические и электрические причины искрения щеток. К механическим причинам относятся, прежде всего, неровность поверхности, загрязнение или нецентричность коллектора, плохое сцепление щеток и их колебания. С другой стороны, электрические причины включают плотность тока на границе раздела между щеткой и коммутатором. Основанием для оценки коммутации является так называемый кривая коммутации, показывающая форму тока в течение периода коммутации.
Наиболее выгодным считается так называемый прямолинейная коммутация, при которой изменение тока в катушке, закороченной щеткой, линейно, а в середине периода коммутации ток равен нулю (рисунок ниже).
Форма волны тока в период коммутации:
- прямолинейная коммутация
- отложенная коммутация
- ускоренная коммутация
- идеальная коммутация
Бесщеточные двигатели (BLDC)
Как вы уже догадались, этот тип двигателя не будет содержать щеток, а значит, и коммутатора. Бесщеточные двигатели, помимо цены, имеют только преимущества, а не детали, которые могут изнашиваться. В результате эти двигатели работают долгое время и не требуют обслуживания.
Конструкция двигателя BLDC
существенно отличается от конструктивных решений, применяемых в других электрических машинах. Его основные компоненты включают ротор и статор. Приводной момент создается за счет взаимодействия магнитного поля ротора и статора. В отличие от традиционных двигателей, ротор создает постоянное магнитное поле из постоянных магнитов. Магнитное поле статора индуцируется в обмотках, связанных с соответствующими группами. Самым большим преимуществом двигателя BLDC является отсутствие необходимости использовать коммутатор, благодаря чему отсутствует явление коммутации и потери энергии в результате протекания тока через щетки с относительно высоким сопротивлением. Обмотки ротора и статора и способы их подключения на рисунке ниже:
Вращение ротора возможно за счет вращающегося магнитного поля статора. Вращение ротора строго зависит от частоты изменения поля статора. На практике для управления используется система электронного коммутатора, а вращение ротора делится на шесть фаз, в которых питание последовательных обмоток переключается таким образом, что поле в магнитной цепи статора меняет свое положение на определенный постоянный угол, обусловленный количеством полюсов.
Система управления обычно реализуется в виде усилителя мощности на коммутирующих транзисторах, количество которых зависит от количества обмоток статора. Он выполняет основные функции, такие как изменение скорости вращения, управление ускорением и анализ информации о положении ротора из обратной связи.
Проблема при управлении двигателем BLDC обычно сводится к определению состояния разъемов как функции, информирующей нас об угловом положении вала, то есть короче, для определения времени переключения. Определение положения может производиться по сигналам магнитных датчиков, так называемых
Галлотроны
Преимущество этого решения состоит в том, что эти сигналы, поступающие от датчиков, используются с помощью простой логики для управления работой переключателей.
Шаговые двигатели
Шаговый двигатель (или шаговый двигатель) - это двигатель, в котором импульсная подача электрического тока заставляет его ротор не вращаться непрерывно, а каждый раз совершать вращательное движение со строго определенным углом. В результате угловая скорость ротора в точности равна частоте импульсов, умноженной на значение угла поворота ротора за один цикл двигателя. Это позволяет легко определить точное положение вала шагового двигателя без использования современных датчиков, как в случае с бесщеточными двигателями.
В зависимости от конструкции различают три типа шаговых двигателей:
- Двигатель VR с переменным сопротивлением
- Двигатель с постоянным магнитом PM (постоянный магнит)
- Гибридный двигатель HB (от HyBrid)
Электродвигатель с регулируемым сопротивлением: среди односегментных шаговых двигателей с реактивным ротором есть другие, в которых один зуб ротора на полюс статора и несколько зубцов на полюс статора. Конечно, оба этих варианта могут быть выполнены симметрично или несимметрично.
Симметричная конструкция характеризуется тем, что обмотки двух противоположных полюсов образуют струну, а асимметричная конструкция характеризуется тем, что вся обмотка струны расположена на одном полюсе, работа шагового двигателя с реактивным ротором ограничена. на основе использования реактивного момента. Вместо этого двигатель состоит из многозубого ротора, мягкой стали и статора с обмоткой. Когда на обмотки статора подается постоянный ток, полюса намагничиваются, и движение происходит из-за притяжения зубцов ротора полюсами статора. Принцип работы представлен на рисунке ниже:
Обобщая полученные знания о шаговых двигателях, можно сказать, что:
- Использование шагового двигателя может быть подходящим выбором, когда требуется контролируемое движение.
- Их можно использовать там, где необходимо контролировать угол, скорость, положение или время.
- Благодаря множеству преимуществ, небольшие шаговые двигатели используются в обычных устройствах, например, в принтерах, плоттерах, оргтехнике, дисководах, медицинском оборудовании, факсах.
- Они также часто используются в промышленных приводах и многих других.
- Из-за большого крутящего момента на выходе их можно использовать вместо двигателя постоянного или переменного тока с редуктором, без позиционного управления - обеспечивая только импульсы с соответствующей частотой.
Послесловие
Надеемся, что хоть немного приблизил вас к теме электродвигателей и их управления с помощью микроконтроллера применив контакторы siemens, когда дело касается шаговых двигателей, можно написать о них намного больше!