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直流無(wú)刷電機和無(wú)刷直流電機信息智能網(wǎng)

直流電動(dòng)機類(lèi)型和速度控制的方法
2024-06-05

         直流電動(dòng)機是依靠直流電驅動(dòng)的電動(dòng)機,像交流電動(dòng)機一樣,直流電動(dòng)機也將電能轉換為機械能。它們的操作與產(chǎn)生電流的直流發(fā)電機相反。與交流電動(dòng)機不同,直流電動(dòng)機以直流電源(非正弦單向電源)運行。 直流電動(dòng)機在小型電器上應用較為廣泛,是電子設備中普遍使用的機器。通常,電動(dòng)機部署在需要某種形式的旋轉或運動(dòng)控制裝置的設備中,是許多電氣工程項目中必不可少的組件。 一、直流電動(dòng)機的組成結構 直流電動(dòng)機的零件約可分為:托架/煞車(chē)片/外扇/軸承蓋/彈簧銷(xiāo)/彈簧墊圈/調整螺栓/皿型彈簧/軸承/軸承馬達軸心/整流器/內六角螺絲/墊圈等零件。 可主要劃分為以下4部分: 轉子(機器的旋轉部件;也稱(chēng)為“電樞”) 定子(勵磁繞組或電動(dòng)機的“固定”部分) 換向器(有刷或無(wú)刷,取決于電機類(lèi)型) 磁場(chǎng)磁鐵(提供使連接到轉子的軸旋轉的磁場(chǎng)) 實(shí)際上,DC電動(dòng)機基于旋轉電樞產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子或固定組件的磁場(chǎng)之間的相互作用進(jìn)行工作。 無(wú)傳感器直流無(wú)刷電機控制器 圖源KenziMudge 二、直流電動(dòng)機的工作原理 直流電動(dòng)機根據法拉第電磁原理運行,該原理指出,載流導體在磁場(chǎng)中時(shí)會(huì )受到作用力。根據弗萊明(Fleming)的“電動(dòng)機的左手定則”,該導體的運動(dòng)始終沿垂直于電流和磁場(chǎng)的方向。 從數學(xué)上講,我們可以將該力表示為F=BIL(其中F是力,B是磁場(chǎng),I代表電流,L是導體的長(cháng)度)。 三、直流電動(dòng)機的接線(xiàn)方式 直流電機(發(fā)電機及電動(dòng)機)的自激磁系統有三種接線(xiàn)方式,分別是并激式、串激式和復激式。 另外,有他勵式,勵磁系統由獨立電源供應電力。特性與并激式相同。 并激式 激磁系統及電樞并聯(lián)接駁到直流電源。負載增加時(shí),扭力增加,轉速不太受影響。 串激式 串激式電動(dòng)機,負載增大時(shí),扭力增大但轉速減慢。 串激式直流電動(dòng)機即是通用電動(dòng)機,可用于交流電。但受到電抗影響,扭力和轉速會(huì )較用直流電時(shí)低。 復激式 具有并激式和串激式的特性,大起動(dòng)扭力及較穩定轉速。 四、直流電動(dòng)機的特性 直流電動(dòng)機的好處為在控速方面比較簡(jiǎn)單,只需控制電壓大小即可控制轉速,但此類(lèi)電動(dòng)機不宜在高溫、易燃等環(huán)境下操作,而且由于電動(dòng)機中需要以碳刷作為電流變換器的部件(有刷電動(dòng)機),所以需要定期清理炭刷磨擦所產(chǎn)生的污物。 無(wú)碳刷之電動(dòng)機稱(chēng)為無(wú)刷電動(dòng)機,相對于有刷,無(wú)刷電動(dòng)機因為少了碳刷與軸的摩擦因此較省電也比較安靜。制作難度較高、價(jià)格也較高。 交流電動(dòng)機則可以在高溫、易燃等環(huán)境下操作,而且不用定期清理碳刷的污物,但在控速上比較困難,因為控制交流電動(dòng)機轉速需要控制交流電的頻率(或使用感應電動(dòng)機,用增加內部阻力的方式,在相同交流電的頻率下降低電動(dòng)機轉速),控制其電壓只會(huì )影響電動(dòng)機的扭力。 一般工業(yè)用直流電動(dòng)機之電壓有DC110V(125V)和DC220V兩種。 五、直流電動(dòng)機的類(lèi)型 直流電動(dòng)機根據其結構分為不同的類(lèi)別。最常見(jiàn)的類(lèi)型包括有刷或無(wú)刷,永磁,串聯(lián)和并聯(lián)。 ①、有刷和無(wú)刷電機 有刷直流電動(dòng)機使用一對石墨或碳刷,用于傳導或傳遞來(lái)自電樞的電流。這些電刷通常保持在換向器附近。直流電動(dòng)機中電刷的其他有用功能包括確保無(wú)火花運行,在旋轉過(guò)程中控制電流方向以及保持換向器清潔。 無(wú)刷直流電動(dòng)機不包含碳刷或石墨刷。它們通常包含一個(gè)或多個(gè)圍繞固定電樞旋轉的永磁體。無(wú)刷直流電動(dòng)機代替電刷,利用電子電路控制旋轉方向和速度。 ②、永磁電動(dòng)機 永磁電動(dòng)機由被兩個(gè)相對的永磁體包圍的轉子組成。直流電通過(guò)時(shí),磁鐵會(huì )提供磁場(chǎng)通量,這會(huì )導致轉子根據極性沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè )较蛐D。這種電動(dòng)機的主要優(yōu)點(diǎn)是,它可以以恒定的頻率以同步速度運行,從而實(shí)現最佳的速度調節。 ③、繞線(xiàn)式直流電動(dòng)機 串聯(lián)電動(dòng)機的定子(通常由銅條制成)繞組和勵磁繞組(銅線(xiàn)圈)串聯(lián)連接。因此,電樞電流和勵磁電流相等。高電流直接從電源流入勵磁繞組,勵磁繞組比并聯(lián)電動(dòng)機中的繞組厚且更少。勵磁繞組的厚度增加了電動(dòng)機的負載能力,并且還產(chǎn)生了強大的磁場(chǎng),為串聯(lián)直流電動(dòng)機提供了非常高的扭矩。 ④、并聯(lián)直流電動(dòng)機 并聯(lián)直流電動(dòng)機的電樞和勵磁繞組并聯(lián)連接。由于并聯(lián),兩個(gè)繞組都接受相同的電源電壓,盡管它們分別被激勵。與串聯(lián)電動(dòng)機相比,并聯(lián)電動(dòng)機的繞組匝數通常更多,串聯(lián)電動(dòng)機在運行過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生強大的磁場(chǎng)。即使負載變化,并聯(lián)電動(dòng)機也可以具有出色的速度調節。但是,它們通常缺少串聯(lián)電動(dòng)機的高啟動(dòng)轉矩。 微型鉆中安裝的電動(dòng)機和速度控制電路 圖源:DilshanR.Jayakody 六、直流電動(dòng)機如何速度控制? 在串聯(lián)直流電動(dòng)機中,可通過(guò)三種主要方法來(lái)實(shí)現速度調節:磁通控制,電壓控制和電樞電阻控制。 1.助焊劑控制方法 在磁通控制方法中,變阻器(一種可變電阻器)與勵磁繞組串聯(lián)連接。該組件的目的是增加繞組中的串聯(lián)電阻,這將減小磁通量,從而提高電動(dòng)機的速度。 2.電壓調整方法 可變調節方法通常用于并聯(lián)直流電動(dòng)機中。同樣,有兩種方法可以實(shí)現電壓調節控制: 將并聯(lián)磁場(chǎng)連接到固定的勵磁電壓,同時(shí)為電樞提供不同的電壓(也稱(chēng)為多電壓控制) 改變提供給電樞的電壓(又稱(chēng)沃德·倫納德方法) 3.電樞電阻控制方法 電樞電阻控制基于以下原理:電動(dòng)機的速度與反電動(dòng)勢成正比。因此,如果電源電壓和電樞電阻保持恒定值,則電動(dòng)機的速度將與電樞電流成正比。                                          

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