Двигатель постоянного тока – это агрегат, преобразующий энергию постоянного тока в механическое движение, чаще всего во вращательное.
Разновидности и виды двигателей постоянного тока (ДПТ)
В настоящее время известны следующие виды машин постоянного тока:
- Униполярные (обладают низким КПД и потому не используются в обиходе);
- Коллекторные (основная категория ДПТ);
- Бесколлекторные (по сути, представляют собой модификацию коллекторных двигателей, где коллектор заменён на специальный электронный узел с инверторами).
Коллекторные ДПТ подразделяются на:
- Универсальные (подходящие и для постоянного, и для переменного тока);
- Одно-, двух-, трёх-, черытёх-, восьмиколлекторные (отличаются конфигурацией внутренних узлов и количеством фаз тока);
- С постоянными магнитами;
- С электрическими магнитами.
В свою очередь электромагниты могут работать по следующим схемам:
- С независимым возбуждением;
- С последовательным,
- Параллельным,
- Смешанным включением обмоток.
Основные узлы ДПТ
В основе всех электродвигателей, работающих на постоянном токе, лежит конструкция из статора и ротора:
1.Статор (индуктор) представляет собой неподвижную конструкцию, на которой размещены постоянные магниты или электрические катушки, создающие электромагнитное поле. Минимальное количество полюсов – 2.
2.Ротор (он же якорь) – это вращающаяся конструкция. Обычно состоит из набора катушек, размещённых особым образом на центральной оси. На роторе должно быть не менее 2 магнитных полюсов.
3.Коллектор – это смежный узел, отвечающий за активацию питания той или иной катушки ротора. Чаще всего используется щёточная конструкция, где два контакта прижимаются к токопроводящим секторам (ламелям) на якоре.
Все основные элементы можно увидеть на схеме ниже.
Рис. 1. Двигатель постоянного тока
Принцип работы
Для простоты понимания процесса работу ДПТ лучше всего рассмотреть на примере двухполюсного ротора.
Рис. 2. Двухполюсный ротор
При подаче положительного напряжения на обмотку (ротор), расположенную в поле действия магнита (статор), развёрнутого внутрь полюсом N, катушка порождает электромагнитное поле той же полярности. Катушка отталкивается от магнита и начинает своё движение. Когда катушка выходит из поля действия магнита, её контакт размыкается, и подача тока прекращается. В поле действия магнита входит другая катушка, в этот момент щётка коллекторного узла попадает на ламель новой катушки и теперь напряжение подаётся на неё. Процесс повторяется. Аналогично происходит с полюсом S.
Постоянные магниты можно заменить электрическими катушками, количество катушек на якоре и на роторе – увеличить. Коллектор можно заменить на электронный блок управления, который будет управлять подачей тока на определённые катушки, при этом текущий угол поворота вала будет анализироваться специальным датчиком.
Подключение
Схема подключения зависит от количества используемых фаз (для многоколлекторных), а также от способа возбуждения (актуально для статоров с электромагнитами).
Рассмотрим подключение для ДПТ с электроиндукторами (статорами на электромагнитах):
1.Независимое подключение
Рис. 3. Независимое подключение
Независимые источники напряжения применяются для того, чтобы исключить возможные скачки в цепи питания при вращении ротора (потребление происходит волнообразно). Идеальна такая схема для точной регулировки оборотов.
2.Параллельное включение
Рис. 4. Параллельное включение
Отличается от независимого лишь тем, что обмотки статора и якоря (ротора) подключаются к одному и тому же источнику напряжения.
Наиболее распространённая схема соединения.
3.Последовательное включение
Рис. 5. Последовательное включение
Такой подход применяется в тех случаях, когда необходим плавный (мягкий) запуск электродвигателя. При последовательном включении ток, протекающий через катушки статора и ротора, будет одинаковым, и без нагрузки такая ситуация может вылиться в превышение номинальной частоты вращения. Нужно проявлять осторожность.
4.Смешанное
Рис. 6. Смешанное включение
Применяется крайне редко. Здесь одна или несколько обмоток статора подключаются параллельно, а остальные – последовательно.
Регулировка частоты вращения
Для изменения скорости вращения двигателей постоянного тока достаточно использовать регулировочные резисторы на правильных участках цепей.
Как и где установить сопротивления смотрите ниже.
Рис. 7. Регулировка частоты вращения
Реверс ДПТ
Чтобы заставить крутиться вал электродвигателя постоянного тока в обратном направлении, достаточно просто сменить полярность питания.
Автор: RadioRadar