DC-motorer er allestedsnærværende maskiner, der findes i en række elektronisk udstyr, der bruges i forskellige applikationer.

Typisk er disse motorer indsat i udstyr, der kræver en form for roterende eller bevægelsesproducerende kontrol.Jævnstrømsmotorer er væsentlige komponenter i mange elektrotekniske projekter.At have en god forståelse af DC-motordrift og motorhastighedsregulering gør det muligt for ingeniører at designe applikationer, der opnår mere effektiv bevægelseskontrol.

Denne artikel vil se nærmere på de tilgængelige typer DC-motorer, deres funktionsmåde og hvordan man opnår hastighedskontrol.

Hvad er DC-motorer?

Synes godt omAC motorer, DC-motorer omdanner også elektrisk energi til mekanisk energi.Deres drift er det omvendte af en DC-generator, som producerer en elektrisk strøm.I modsætning til vekselstrømsmotorer fungerer jævnstrømsmotorer på jævnstrøm – ikke-sinusformet, ensrettet strøm.

Grundlæggende konstruktion

Selvom DC-motorer er designet på forskellige måder, indeholder de alle følgende grundlæggende dele:

• Rotor (den del af maskinen, der roterer; også kendt som "armaturen")
• Stator (feltviklingerne eller "stationære" del af motoren)
• Kommutator (kan børstes eller børsteløs, afhængig af motortype)
• Feltmagneter (giver det magnetiske felt, der drejer en aksel forbundet til rotoren)

I praksis fungerer DC-motorer baseret på vekselvirkninger mellem magnetiske felter produceret af et roterende anker og det fra statoren eller den faste komponent.

En sensorløs DC børsteløs motorcontroller.Billede brugt med tilladelse afKenzi Mudge.

Driftsprincip

DC-motorer fungerer efter Faradays princip om elektromagnetisme, som siger, at en strømførende leder oplever en kraft, når den placeres i et magnetfelt.Ifølge Flemings "venstrehåndsregel for elektriske motorer" er bevægelsen af ​​denne leder altid i en retning vinkelret på strømmen og det magnetiske felt.

Matematisk kan vi udtrykke denne kraft som F = BIL (hvor F er kraft, B er magnetfeltet, I står for strøm, og L er længden af ​​lederen).

Typer af jævnstrømsmotorer

DC-motorer falder i forskellige kategorier, afhængigt af deres konstruktion.De mest almindelige typer omfatter børstet eller børsteløs, permanent magnet, serie og parallel.

Børstede og børsteløse motorer

En børstet DC-motoranvender et par grafit- eller kulbørster, som er til at lede eller levere strøm fra ankeret.Disse børster holdes normalt tæt på kommutatoren.Andre nyttige funktioner af børster i jævnstrømsmotorer inkluderer at sikre gnistfri drift, styring af strømretningen under rotation og at holde kommutatoren ren.

Børsteløse DC-motorerindeholder ikke kul- eller grafitbørster.De indeholder normalt en eller flere permanente magneter, der drejer rundt om et fast anker.I stedet for børster bruger børsteløse jævnstrømsmotorer elektroniske kredsløb til at styre rotationsretningen og hastigheden.

Permanente magnetmotorer

Permanentmagnetmotorer består af en rotor omgivet af to modstående permanentmagneter.Magneterne leverer en magnetisk feltflux, når dc passeres, hvilket får rotoren til at dreje i urets eller mod urets retning, afhængig af polariteten.En stor fordel ved denne type motor er, at den kan køre ved synkron hastighed med en konstant frekvens, hvilket giver mulighed for optimal hastighedsregulering.

Serieviklede DC-motorer

Seriemotorer har deres stator (normalt lavet af kobberstænger), viklinger og feltviklinger (kobberspoler) forbundet i serie.Følgelig er ankerstrømmen og feltstrømmene ens.Høj strøm løber direkte fra forsyningen ind i feltviklingerne, som er tykkere og færre end i shuntmotorer.Tykkelsen af ​​feltviklingerne øger motorens lastbærende kapacitet og producerer også kraftige magnetfelter, der giver serie DC-motorer et meget højt drejningsmoment.

Shunt DC-motorer

En shunt DC-motor har sin anker- og feltviklinger forbundet parallelt.På grund af parallelforbindelsen modtager begge viklinger den samme forsyningsspænding, selvom de exciteres separat.Shuntmotorer har typisk flere omdrejninger på viklingerne end seriemotorer, hvilket skaber kraftige magnetfelter under drift.Shuntmotorer kan have fremragende hastighedsregulering, selv med varierende belastning.Men de mangler normalt det høje startmoment for seriemotorer.

Et motor- og hastighedskontrolkredsløb installeret i en miniboremaskine.Billede brugt med tilladelse afDilshan R. Jayakody

DC-motorhastighedskontrol

Der er tre hovedmåder til at opnå hastighedsregulering i serie DC-motorer – fluxkontrol, spændingskontrol og ankermodstandskontrol.

1. Fluxkontrolmetode

I fluxkontrolmetoden er en reostat (en type variabel modstand) forbundet i serie med feltviklingerne.Formålet med denne komponent er at øge seriemodstanden i viklingerne, hvilket vil reducere fluxen og dermed øge motorens hastighed.

2. Spændingsreguleringsmetode

Den variable reguleringsmetode bruges typisk i shunt DC-motorer.Der er igen to måder at opnå spændingsreguleringskontrol på:

• Tilslutning af shuntfeltet til en fast spændingsspænding, mens ankeret forsynes med forskellige spændinger (alias multiple voltage control)
• Variering af spændingen, der leveres til armaturet (også kaldet Ward Leonard-metoden)

3. Ankermodstandskontrolmetode

Ankermodstandskontrollen er baseret på princippet om, at motorens hastighed er direkte proportional med den bageste EMF.Så hvis forsyningsspændingen og ankermodstanden holdes på en konstant værdi, vil motorens hastighed være direkte proportional med ankerstrømmen.