Електродвигуни постійного струму

Двигуни постійного струму
На перший погляд двигуни постійного струму здаються досить простими. Подаємо напругу на обидва контакти, і даааа, він крутиться! А якщо ми хочемо змінити напрямок руху? Правильно, змінюємо дроти місцями. А що якщо потрібно змусити обертатися двигун на менших обертах? Потрібно використовувати меншу напругу живлення. Але як робот може зробити все це автоматично? Як визначити, яке напруга подавати? Чому не 50 а 12 вольт? Що трапиться, якщо мотор перегріється? Управління двигуном набагато цікавіше ніж здається!

Напруга

Вважається, що мотор постійного струму не мають полярності — мається на увазі, що можна змінювати полярність живлення без будь-яких шкідливих наслідків. Зазвичай двигуни постійного струму живляться напругою від 6 до 12В. Більш потужні живляться від 24В і вище. Але для роботів краще всього використовувати харчування в діапазоні 6-12В. Так чому ж мотори працюють на різній напрузі? Як відомо (або повинні бути відомо), напруга прямо пропорційно обертального моменту. Більше напруга, вище момент. Але не подавайте на мотор 100В, нічого хорошого з цього не вийде) ) Мотор розрахований на напругу, при якому він буде працювати найбільш ефективно. Якщо подати надто мале напруга, мотор ледве буде крутитися, якщо занадто багато, він перегріється і обмотки розплавляться. Так що основним правилом можна вважати подачу напруги, наближеного до номінального. До того ж, незважаючи на те, що 24В двигун може бути могутніше, хіба варто навантажувати робота 24В батареями, які значно важче і більше? Я пропоную не використовувати напруги не вище 12 вольт для тих пір, поки не знадобиться дійсно висока потужність.

Струм

Обов'язково потрібно звернути увагу на струм. Занадто мало, не буде крутитися. Занадто багато і отримаємо підгоріли обмотки. Коли купуєте мотор, слід звернути увагу на два значення. Перше — робочий струм. Це середня кількість струму, споживана двигуном для роботи при стандартному навантаженні. Помножимо це значення на напругу і отримаємо середню потужність, споживану двигуном. Інше значення, на яке потрібно звернути увагу це струм споживання при заблокованому роторі. Ця величина виходить при подачі живлення на двигун і додатку достатньої сили, що б зупинити його. Це максимальне значення споживаного двигуном струму, а значить і максимальне значення споживаної потужності. Тому потрібно створювати систему управління таким чином, що б вона витримувала струм при заблокованому роторі. До того ж, якщо ви плануєте постійно використовувати двигун, або подавати напругу вище номінального, добре б охолоджувати двигун для попередження перегріву.

Рівень потужності

Наскільки велике напруження можна подати на двигун? Зазвичай всі двигуни розраховані (або повинні розраховуватися) на певну потужність. Потужність-це енергія. Неефективність перетворення електрики в рух безпосередньо пов'язане з нагріванням. Занадто багато тепла і обмотки двигуна розплавляться. Тому виробники моторів (якісних) знають, яка потужність призведе до пошкодження двигуна і дають цю інформацію в документації на двигун. Поекспериментуйте, що б визначити, яку кількість струму споживає двигун при використовуваному напрузі.

Рівняння наступне:

Потужність [Вт] = Напруга [Вольт] * Струм [Ампер]

Викиди напруги

Для зміни напряму обертання необхідно змінити полярність живлення. Двигун володіє власною індукцією і моментом, які чинять опір цій зміні напруги. Тому при зміні напряму обертання двигуна відбувається потужний короткочасний викид. Напруга імпульсу може вдвічі перевищувати напругу живлення. Струм приблизно дорівнює максимальному. Звідси висновок, силова система управління повинна бути розрахована на потужні електричні імпульси.

Момент

При купівлі двигуна постійного струму потрібно звернути увагу на два значення крутного моменту. Перший — робочий крутний момент. Це момент, на який розрахований двигун. Зазвичай це заявлене значення. Інше значення — момент при заблокованому роторі. Це момент, необхідний для зупинки двигуна при обертанні. Зазвичай використовується лише робочий момент, але бувають випадки, коли нам потрібно знати, наскільки можна навантажити двигун. Якщо ви створюєте колісного робота, великий момент означає гарне прискорення. Моє особисте правило — якщо на роботі 2 двигуна, момент кожного повинен перевищувати вагу робота на плечі дорівнює радіусу колеса. Завжди віддавайте перевагу моменту перед швидкістю. Пам'ятаєте, як сказано вище, значення крутного моменту може змінюватися в залежності від поданого напруги. Так що якщо потрібно трохи більший момент для того, що б зламати щось, подаємо напругу на 20% більше номінального, це безпечно для нас, але дасть приріст потужності. Головне пам'ятайте, що це знижує ККД і вимагає додаткового охолодження двигуна.
Принцип роботи електродвигунів постійного струму

На статорі знаходиться индукторная обмотка (обмотка збудження), на яку подається постійний струм — в результаті створюється постійне магнітне поле (поле збудження). У двигунах з постійними магнітами поле порушення створюється постійними магнітами.

В обмотку ротора (якірна обмотка) також подається постійний струм, на який з боку магнітного поля статора діє сила Ампера — створюється обертаючий момент, який повертає ротор на 90 електричних градусів, після чого щітково-колекторний вузол комутує обмотки ротора — обертання триває.

За способом збудження двигуни постійного струму діляться на чотири групи:

• c незалежним збудженням — обмотка збудження живиться від незалежного джерела;
• з паралельним збудженням — обмотка збудження включається паралельно джерелу живлення обмотки якоря;
• з послідовним збудженням — обмотка збудження включена послідовно з обмоткою якоря;
• зі змішаним збудженням — у двигуна є дві обмотки: паралельна та послідовна.

Пуск електродвигуна постійного струму

При прямому пуску струм якоря може на порядок перевищувати номінальний, тому при пуску в ланцюг якоря вводиться пусковий опір (пусковий реостат). Для плавного пуску реостат роблять ступінчастим — в перший момент включаються всі ступені (максимальний опір), у міру розгону двигуна зростає противоЭДС, струм якоря зменшується — ступені вимикаються одна за одною.

Регулювання швидкості обертання електродвигуна постійного струму

• швидкість нижче номінальної регулюється напругою на якорі (потужність при цьому пропорційна швидкості, момент незмінний);
• швидкість вище номінальної регулюється струмом обмотки збудження — чим слабкіше поле збудження, тим вище швидкість (момент падає при постійній потужності).

Регулювання живлення якоря і обмотки збудження здійснюється за допомогою тиристорних перетворювачів (приводів постійного струму).

Переваги і недоліки електродвигунів постійного струму.

Переваги:

• практично лінійні характеристики двигуна:
• механічна (залежність частоти від моменту);
• регулювальна (залежність частоти від напруги якоря);
• простота регулювання частоти обертання в широких межах;
• великий пусковий момент;
• компактні розміри.

Недоліки:

• витрати на профілактичне обслуговування колекторно-щіткових вузлів;
• обмежений термін служби із-за зносу колектора;
• висока вартість порівняно з асинхронними електродвигунами.