DC 모터는 어디에 사용됩니까? 다양한 제품의 중요한 요소입니다. DC 전기 모터는 여기 특성에 따라 구분됩니다.

02.05.2019

이는 정적으로 고정된 프레임에 배치된 회전하는 방전 요소로 구성됩니다. 이러한 장치는 속도 조정 범위를 늘리고 드라이브의 안정적인 회전을 유지해야 하는 기술 분야에서 널리 요구됩니다.

설계

구조적으로 DC 전기 모터는 회전자(전기자), 인덕터, 정류자 및 브러시로 구성됩니다. 시스템의 각 요소가 무엇을 나타내는지 살펴보겠습니다.

로터는 전도성 권선으로 덮인 많은 코일로 구성됩니다. 일부 12V DC 모터에는 최대 10개 이상의 코일이 포함되어 있습니다.
인덕터는 장치의 고정 부분입니다. 자극과 프레임으로 구성됩니다.
컬렉터는 샤프트에 배치된 실린더 형태의 엔진 기능 요소입니다. 구리판 형태의 절연체와 모터 브러시와 슬라이딩 접촉하는 돌출부가 포함되어 있습니다.
브러시는 고정 접점입니다. 로터에 전류를 공급하도록 설계되었습니다. 대부분의 경우 DC 전기 모터에는 흑연 및 구리-흑연 브러시가 장착되어 있습니다. 샤프트의 회전으로 인해 브러시와 로터 사이의 접촉이 닫히고 열리며 스파크가 발생합니다.

DC 모터 작동

이 카테고리의 메커니즘에는 인덕터 부분에 특수 여자 권선이 포함되어 있으며, 이 권선은 직류를 받아 이후에 자기장으로 변환됩니다.

회 전자 권선은 전기 흐름에 노출됩니다. 자기장의 측면에서 보면 이 구조 요소는 암페어력의 영향을 받습니다. 결과적으로 로터 부분을 90o 회전시키는 토크가 발생합니다. 브러시 정류자 어셈블리에 정류 효과가 형성되어 엔진 작동 샤프트의 회전이 계속됩니다.

인덕터 자기장의 영향을 받는 로터에 전류가 흐르면 DC 전기 모터(12V)가 토크를 생성하여 샤프트가 회전하는 동안 에너지가 생성됩니다. 기계적 에너지는 벨트 드라이브를 통해 로터에서 시스템의 다른 요소로 전달됩니다.

유형

현재 DC 전기 모터에는 여러 범주가 있습니다.

독립적인 여자 - 권선은 독립적인 에너지원으로부터 전원을 공급받습니다.
직렬 여자의 경우 전기자 권선이 여자 권선과 직렬로 연결됩니다.
병렬 여자의 경우 회 전자 권선이 전원과 병렬로 전기 회로에 연결됩니다.
혼합 여자의 경우 모터에는 직렬 및 병렬의 여러 권선이 포함되어 있습니다.

DC 모터 제어

로터 회로에 포함된 능동 저항을 생성하는 특수 가변 저항의 작동으로 인해 엔진이 시동됩니다. 메커니즘의 원활한 시작을 보장하기 위해 가변 저항에는 계단식 구조가 있습니다.

가변 저항을 시작하려면 모든 저항이 사용됩니다. 회전 속도가 증가함에 따라 반작용이 발생하여 기동 전류의 강도 증가에 제한이 발생합니다. 점차적으로 로터에 공급되는 전압이 단계적으로 증가합니다.

DC 전기 모터를 사용하면 다음과 같이 작업 샤프트의 회전 속도를 조정할 수 있습니다.

공칭 속도 아래의 속도 표시기는 장치 회 전자의 전압을 변경하여 수정됩니다. 동시에 토크는 안정적으로 유지됩니다.
정격 이상의 작동 속도는 계자 권선에 나타나는 전류에 의해 조절됩니다. 일정한 출력을 유지하면서 토크 값이 감소합니다.
회전자 요소는 DC 드라이브인 특수 사이리스터 변환기를 사용하여 제어됩니다.

장점과 단점

DC 전기 모터를 교류로 작동하는 장치와 비교하면 성능이 향상되고 효율성이 향상된다는 점에 주목할 가치가 있습니다.

이 카테고리의 장비는 환경 요인의 부정적인 영향에 잘 대처합니다. 이는 완전히 닫힌 하우징으로 인해 촉진됩니다. DC 전기 모터의 설계에는 시스템에 습기가 침투하는 것을 방지하는 씰이 포함되어 있습니다.

신뢰할 수 있는 단열재 형태의 보호를 통해 장치의 자원을 최대한 활용할 수 있습니다. -50 ~ +50 o C 범위의 온도 조건과 약 98%의 상대 습도에서 이러한 장비를 사용하는 것이 허용됩니다. 오랫동안 활동하지 않으면 메커니즘이 시작될 수 있습니다.

DC 전기 모터의 단점 중 첫 번째는 브러시 유닛의 마모가 상당히 빠르다는 점이며, 이로 인해 해당 유지 관리 비용이 필요합니다. 여기에는 수집기의 극히 제한된 서비스 수명도 포함됩니다.

모든 전기 모터의 작동은 전자기 유도 원리를 기반으로 합니다. 전기 모터는 고정자(비동기 및 동기 AC 모터용) 또는 인덕터(DC 모터용)와 같은 고정 부품과 회전자(비동기 및 동기 AC 모터용) 또는 전기자(DC 모터용)로 구성됩니다. . 영구 자석은 저전력 DC 모터의 인덕터로 자주 사용됩니다.

대략적으로 말하면 모든 엔진은 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
DC 모터
AC 모터(비동기 및 동기)

DC 모터

일부 의견에 따르면 이 모터는 자체 동기화 기능을 갖춘 동기식 DC 기계라고도 합니다. 직류 기계인 간단한 모터는 인덕터(고정자)의 영구 자석, 전기자에 뚜렷한 극이 있는 전자석 1개(뚜렷한 극과 하나의 권선이 있는 2갈래 전기자), 브러시 수집기 어셈블리로 구성됩니다. 플레이트(라멜라) 2개와 브러시 2개 포함.
간단한 엔진에는 자체 시동이 불가능한 2개의 로터 위치(2개의 "데드 센터")가 있고 토크가 고르지 않습니다. 첫 번째 근사치에 따르면 고정자 극의 자기장은 균일합니다(균일).

브러시 정류자 장치를 갖춘 엔진은 다음과 같습니다.

수집기- 회전자 위치 센서와 권선의 전류 스위치가 동일한 장치인 전기 장치 - 브러시 수집 장치.

브러시리스- 갭에서 자기장의 정현파 분포를 갖는 동기 장치, 회전자 위치 센서, 좌표 변환기 및 전력 증폭기로 구성된 폐쇄형 전기 기계 시스템. 브러시 모터에 비해 더 비싼 옵션입니다.

AC 모터

작동 유형에 따라 이러한 모터는 동기식 모터와 비동기식 모터로 구분됩니다. 근본적인 차이점은 동기식 기계에서 고정자 기자력의 1차 고조파가 회 전자의 회전 속도와 함께 움직이는 반면(이것이 회 전자 자체가 고정자 자기장의 회전 속도로 회전하는 이유입니다), 비동기식 기계에서는 기계에는 회 전자의 회전 속도와 고정자의 자기장의 회전 속도 사이에 차이가 있으며 여전히 남아 있습니다 (자장은 회 전자보다 빠르게 회전합니다).

동기식- 회전자가 공급 전압의 자기장과 동시에 회전하는 교류 모터. 이러한 엔진은 전통적으로 엄청난 출력(수백 킬로와트 이상)으로 사용되었습니다.
로터의 개별 각도 운동을 갖는 동기식 모터(스테퍼 모터)가 있습니다. 이 경우 로터의 위치는 해당 권선에 전원을 공급하여 고정됩니다. 다른 위치로의 전환은 일부 권선에서 공급 전압을 제거하고 이를 모터의 다른 권선으로 전달함으로써 수행됩니다.
동기 모터의 또 다른 유형은 스위치드 릴럭턴스 모터이며, 권선의 전원 공급 장치는 반도체 소자를 사용하여 형성됩니다.

비동기식- 회전자 속도가 공급 전압에 의해 생성된 비틀림 자기장의 주파수와 다른 교류 모터 비동기 기계의 두 번째 이름은 회전자 권선의 전류가 회전 자기장에 의해 유도된다는 사실로 인해 발생합니다. 고정자의. 비동기식 기계는 이제 전기 기계의 큰 부분을 차지합니다. 주로 전기 모터의 형태로 사용되며 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 핵심 장치로 간주되며 농형 회전자를 갖춘 비동기 모터가 주로 사용됩니다.

위상 수에 따라 모터는 다음과 같습니다.

단상
2상
세 단계

생산 및 가정에서 사용되는 가장 인기 있고 수요가 많은 엔진:

단상 농형 비동기 모터

단상 비동기 모터의 고정자에는 모터 작동 중에 교류 전류가 공급되는 작동 권선이 1개만 있습니다. 모터를 시동하기 위해 고정자에 보조 권선도 있습니다. 이 권선은 커패시터나 인덕턴스를 통해 네트워크에 간단히 연결되거나 스위치의 시동 접점에 의해 단락됩니다. 이는 로터가 회전하기 시작하도록 초기 위상 변이를 생성하는 데 필요합니다. 그렇지 않으면 고정자의 맥동 자기장이 로터를 제자리에서 움직이지 않게 됩니다.

농형 로터가 있는 다른 비동기 모터와 마찬가지로 이러한 모터의 로터는 알루미늄으로 채워진 홈이 있고 즉시 주조되는 환기 블레이드가 있는 원통형 코어입니다.
이러한 로터를 농형 로터라고 합니다. 단상 모터는 실내 팬이나 소형 펌프 등 저전력 장치에 사용됩니다.

2상 농형 비동기 모터

2상 비동기 모터는 단상 AC 네트워크에서 작동할 때 더 효율적입니다. 고정자에는 수직으로 위치한 두 개의 작동 권선이 포함되어 있으며 권선 중 하나는 AC 네트워크에 직접 연결되고 두 번째는 위상 변이 커패시터를 통해 회전 자기장이 나오지만 커패시터가 없으면 회전자는 움직이지 마세요.

특히 이 모터에는 농형 회전자가 있으며 그 용도는 단상 모터보다 훨씬 더 넓습니다. 이미 세탁기와 다양한 기계가 있습니다. 단상 네트워크의 전원 공급을 위한 2상 모터는 위상 변이 커패시터가 종종 필수 부분으로 간주되기 때문에 커패시터 모터라고 합니다.

3상 농형 비동기 모터

3상 비동기 모터에는 고정자에 3개의 작동 권선이 있으며, 서로 상대적으로 이동되어 3상 네트워크에 연결될 때 공간에서 자기장이 서로에 대해 120도 이동합니다. 3상 모터가 3상 AC 네트워크에 연결되면 회전 자기장이 나타나 농형 회전자가 움직입니다.

3상 모터의 고정자 권선은 "스타" 또는 "델타" 회로에 따라 연결될 수 있지만 "스타" 회로에 따라 모터에 전력을 공급하려면 "델타" 회로보다 높은 전압이 필요합니다 모터에는 2개의 전압이 표시됩니다(예: 127/220 또는 220/380). 각종 기계, 윈치, 원형톱, 크레인 등을 구동하기 위해서는 3상 모터가 반드시 필요합니다.

권선형 회전자가 있는 3상 비동기 모터

위상 회전자가 있는 3상 비동기 모터에는 위에서 설명한 모터 유형과 유사한 고정자가 있으며 슬롯에 3개의 권선이 배치된 적층 자기 회로가 있지만 위상 회전자는 두랄루민 막대로 채워져 있지 않지만 실제 3- 위상 권선은 이미 "스타" 연결로 배치되어 있습니다. 권선형 로터 와인딩 스타의 끝은 로터 샤프트에 장착된 3개의 접촉 링으로 연결되어 전기적으로 분리됩니다.

무엇보다도 브러시를 사용하여 3상 교류 전압이 링에 공급되고 스위칭은 직접 또는 가변 저항을 통해 수행될 수 있습니다. 물론 권선형 로터가 있는 모터는 농형 로터가 있는 모터보다 부하 시 시동 토크가 훨씬 높지만 가격이 더 비쌉니다. 이러한 유형의 엔진이 엘리베이터 및 크레인의 구동에 사용되는 것은 증가된 힘과 엄청난 시동 토크의 결과입니다. 즉, 장치가 유휴 상태가 아닌 부하 상태에서 시작됩니다. 다람쥐 로터.

DCM(직류 모터)은 공급되는 전기 에너지를 기계적 회전으로 변환하는 메커니즘입니다. 장치의 작동은 전자기 유도 현상을 기반으로 합니다. 암페어력은 자기장에 있는 도체에 작용합니다. F = B*I*L, 여기서 L은 도체의 길이, I는 흐르는 전류입니다. 도체 B는 자기장의 유도입니다. 이 힘은 실제적인 목적으로 사용될 수 있는 토크를 발생시킵니다.

DC 모터에는 다음과 같은 장점이 있습니다.

디자인의 단순성과 신뢰성.
거의 선형 조정 및 기계적 특성으로 사용 편의성이 보장됩니다.
큰 시동 토크.
컴팩트한 크기(특히 영구 자석 모터의 경우)
엔진 모드와 발전기 모드 모두에서 동일한 메커니즘을 사용할 수 있습니다.
최대 부하에서의 효율성은 일반적으로 비동기식 및 동기식 기계의 효율보다 1~2% 더 높으며, 부분 부하에서는 이점이 15%까지 증가할 수 있습니다.

이러한 장치의 가장 큰 단점은 제조 비용이 높다는 것입니다. 또한 정류자-브러시 어셈블리의 정기적인 유지 관리가 필요하고 마모로 인해 서비스 수명이 제한된다는 점도 주목할 가치가 있지만 최신 모델에서는 이러한 단점이 거의 완전히 해결되었습니다.

기계적 특성과 그에 따른 모든 성능 지표는 여자 권선의 연결 다이어그램에 크게 좌우된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 총 4가지가 있습니다:

그림 1. 작동하는 커패시터가 있는 AIRE 시리즈의 비동기 전기 모터여기 방법: a - 독립, b - 병렬, c - 순차, d - 혼합.

DPT 적용 분야

대부분의 전기 네트워크가 교류 전압을 제공한다는 사실에도 불구하고 DC 전기 모터는 매우 광범위하게 사용됩니다. 실제로 정밀한 속도 제어가 필요한 모든 산업용 드라이브는 DPT를 기반으로 구현됩니다. 또한, 영구자석 전기기기는 효율성과 높은 전력밀도 덕분에 방위산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

그러나 이러한 메커니즘을 직접 접하지 못했다고 생각해서는 안됩니다. 엄격한 크기 제한이 없기 때문에 우리는 종종 이를 알아차리지 못합니다. 예를 들어, 자동차 산업에서는 DC 전기 모터만 사용되며, 전력 차이에도 불구하고 모든 화물 차량 및 특수 장비에서는 24V로 구동되는 반면 승용차에서는 작동 전압이 12V입니다. 배터리나 발전기로부터 에너지를 받아 좌석 위치 지정, 거울 제어, 창문 올리기 및 내리기, 실내 온도 유지 등을 담당합니다.

그러나 DC 전기 모터는 차량 자체를 구동할 수도 있으며 이는 12볼트 배터리를 사용하는 단순한 장난감 놀이기구가 아닙니다. 이러한 장치가 얼마나 강력한지 느끼려면 지나가는 통근 열차 근처에 있는 것만으로도 충분하며, 무궤도 전차의 부드러운 가속을 통해 속도 제어의 부드러움과 정확성이 명확하게 입증됩니다.

이러한 전기 모터는 전기 운송(지하철, 무궤도 전차, 트램, 교외 전철, 전기 기관차) 및 리프팅 장치(전기 크레인) 모두에 널리 사용됩니다.

세부 사항에 관심이 있으시면 DC 모터의 작동 원리가 많은 사이트와 공식에 자세히 설명되어 있습니다. 우리는 이것뿐만 아니라 널리 알려지지 않은 몇 가지 기능에 대해서도 이야기하기로 결정했습니다.

DC 기계에 대한 몇 마디

그것은 변수 이전에 획득되었으며, 출현 순간부터 이 짐승이 무엇에 사용될 수 있는지에 대한 실험이 시작되었습니다. 전류, 자기장 및 회전 사이에 매우 빠르게 연결이 설정되었습니다. 패러데이가 전선이 있는 권선에 자석을 놓고 전류의 모양을 발견했을 때 시작되었습니다. 그런 다음 그는 먼저 코일 내부에 자석을 넣은 다음 전류를 가하면 자석이 밀려나는 것을 발견했습니다. 아니면 반대로 당신을 안으로 끌어들일 것입니다. 이것이 DC 기계의 작동 원리입니다. 자기장과 전기의 상호작용을 이용하여. 이제 자석을 '찌르면' 전기가 들어오고, 전기를 가하면 자석을 '밀어낸다'는 사실에 주목해 봅시다. 즉, 우리가 고려하고 있는 설계와 작동 원리인 DC 기계는 바로 기계입니다. 즉, 엔진은 발전기이기도 합니다. 즉, 기계적 에너지를 전기 에너지(전류)로 가역적으로 변환하는 기계입니다. 자석에는 전기 플러스와 마이너스라는 두 개의 극이 있습니다. 이 경우 자석과 전류의 상호 작용은 복잡한 법칙의 적용을 받지만 회전에 관심이 있고 기술에서 점진적인 복귀 움직임이 거의 필요하지 않은 경우 극성을 기준으로 시계 방향으로 한 방향만 얻을 수 있습니다. 자석과 전류의 방향. 동일한 친숙한 "김릿 규칙" 또는 "왼손 규칙". 두 개의 와이어를 교체하여 권선 전류의 극성을 쉽게 변경할 수 있지만 자석의 극을 변경할 수 없으며 단순히 모터가 타버릴 것입니다. 참고로 "오른손" 규칙을 살펴볼 수도 있습니다. 전기 공학에는 이와 같은 것이 있으며 DC 기계에도 적용되지만 에너지 생성 측면에서는 그렇습니다.

샤프트 회전 자체는 다음과 같이 발생합니다. 자기장 내부에는 코일이 있는 샤프트가 있는 회전자가 있습니다. 전류가 가해지면 자기장이 유도됩니다. 서로 다른 극을 가진 자석은 끌어당기지만 같은 극을 가진 자석은 밀어냅니다. 외부 자석은 회전자의 작동 전자석을 "밀어내며" 전류가 있는 동안 항상 "밀어내게" 되어 샤프트가 회전하게 됩니다.

이것이 DC 모터의 작동 원리이며, 그 밖의 모든 것은 세부 사항과 기술 세부 사항입니다.

DC 모터 설계의 특징

물론 이론적으로 DC 기계의 작동 원리는 명확하지만 호기심 많은 독자는 즉시 질문할 것입니다. 2극 자석 내부에 있는 경우 로터가 어떻게 회전하기 시작합니까? 이 질문은 불가피하며 이에 답하려면 DC 모터의 설계를 자세히 살펴봐야 합니다. 그런데 AC 모터의 작동을 이해하는 데 일부 지식이 유용할 것입니다.

DBT의 최초 창작자들이 겪었던 어려움의 목록부터 시작하겠습니다.

유효성 두 개의 데드 스팟, 독립 출시가 불가능합니다. (자석의 두 극은 동일합니다.)
낮은 전류에서는 자기 반발력이 너무 약합니다. 또는 시동을 방해하는 강한 회전 저항.
로터는 1회전 후에 정지합니다. 회전이 아니라 앞뒤로 흔들리는 것입니다. 원의 절반을 통과한 후 로터의 "자석"이 반발되지 않고 끌어당겨져 회전을 가속하지 않고 속도를 늦추기 때문입니다.

남은 것은 재료와 가역 전기 기계의 원리 구현과 같은 몇 가지 작은 것뿐이었습니다.

2개가 아닌 3개 이상의 자석을 사용해 '데드 스팟'이 가장 먼저 승리했다. 로터의 3개 톱니는 데드 스팟을 제거하고, 하나는 항상 자기장에 있으며, 로터의 어느 위치에서나 엔진 시동이 가능해졌습니다.

DC 기계의 작동 원리를 적용하여 가감속 문제를 극복할 수 있었습니다. 전류를 유지하면서 플러스와 마이너스 간 전환이 용이함. 즉, 로터는 전류의 극성(상단은 양수, 하단은 마이너스)으로 시작한 후 회전의 전반부를 시작합니다. 상단 지점이 하단 위치를 차지하자마자 지점의 극성이 마이너스-플러스로 바뀌고 회전이 끝날 때까지 "척력-가속"이 계속되고 그 후 사이클이 반복되고 제동이 제거됩니다. 이 메커니즘은 수집기. 고정 접점에서 회전 샤프트로 전류 전송을 보장하는 전기 모터의 동일한 브러시입니다. 그리고 정말 멋진 쇼였습니다! 회전당 로터의 기호가 2번 변경됩니다. 엔진의 회전수가 2000rpm인 경우 수집기가 수행해야 하는 작업의 양을 계산합니다.

정류자는 회전을 전류로 역변환할 수 있기 때문에 DC 모터 설계를 고려할 때 가장 복잡한 부품입니다. 주요 소모품은 브러쉬입니다. 전기 모터가 장착된 새 가전제품을 구입할 때는 예비 부품이 있는지 확인하세요. 게으르지 마십시오. 장치가 새 것일 때 몇 세트를 더 구입하십시오.

수집기의 복잡성으로 인해 상태와 스파크의 올바른 작동을 시각적으로 확인할 수 있습니다. 스파크(그리고 수집기는 접촉 스위치에 지나지 않음)가 "만능 화재"라는 링을 형성하는 것은 정말 나쁩니다. 이는 엔진이 오래 지속되지 않음을 의미합니다. 스파크와의 싸움이 다양한 성공을 거두고 있지만 완전히 격퇴하는 것은 불가능하지만 DPT의 수명을 연장하는 것은 가능했습니다.

세 번째 문제를 즉시 고려한 후 시작하는 동안 약한 전류를 잊어버린 것 같다면 착각입니다. 출시 문제는 너무 복잡해서 별도로 고려할 것입니다.

DC 모터의 시동 전류

따라서 DC 모터의 작동 원리는 명확합니다. 자체 시동을 보장하고 역자극에서 섹터별 제동을 제거했으며 남은 것은 모터를 켜는 것뿐입니다. 하지만 여기에 문제가 있습니다. 모든 것이 정상임에도 불구하고 로터가 여전히 회전하지 않습니다. 사실 우리가 엔진을 개선하는 동안 로터는 더 무거워졌고 플라이휠 등이 있었으며 자석이 로터를 "크랭크"하기에는 전류가 충분하지 않았습니다. “도대체 무슨 악당이야!” (c) 호기심 많은 실험자는 큰 소리로 전류를 증가시킬 것입니다. 그리고 아시다시피 엔진이 실제로 회전하기 시작합니다. 여러 가지로 만약에 :

권선(코일의 전선)이 타지 않는 경우;
전류 서지가 견딜 수 있는 경우;
시동 중에 스위칭 섹터 등의 용접이 컬렉터에서 발생하지 않는 경우.

따라서 단순히 기동 전류를 높이는 것은 잘못된 해결책으로 빠르게 인식되었습니다. 그건 그렇고, 우리는 아직 AC 모터에 비해 DPT의 주요 장점을 언급하지 않았습니다. 시동 순간부터 토크를 직접 전달. 간단히 말해, 회전이 시작되는 순간부터 DPT 샤프트는 무엇이든 "회전"할 수 있어 AC 모터의 출력을 넘어서는 상당한 저항을 극복할 수 있습니다.

이러한 장점이 DBT의 아킬레스건이 되었습니다. DC 기계의 작동 원리 자체가 한쪽의 시동 전류를 임의로 변경하는 것을 허용하지 않는 것 같습니다. 반면, 시동 시 높은 전류를 제공하고 시동 후 이를 낮추려는 시도에는 자동화가 필요했습니다. 처음에는 특히 고출력 DVT에 런처와 스타터가 사용되었지만 이는 개발의 막다른 지점이었습니다. 시동 전류의 원활한 조정을 거부하면 여기서도 합리적인 타협점을 찾을 수 있습니다. 실제로 이제는 자동차를 가속하는 것처럼 엔진 시동을 거는 것처럼 보입니다. 1단 기어로 주행을 시작한 뒤 2단, 3단으로 변속하고 이제 4단으로 고속도로를 달리고 있습니다. 이 경우에만 "전송", 즉 전류, 스위치 자동 스타터. 이 모든 전기 장비는 과부하 없이 DC 모터를 원활하게 시작하고 전력망(모터 전원)의 무결성을 유지한다는 두 가지 문제를 동시에 해결합니다. DC 모터의 작동 원리와 마찬가지로 이 자동화는 직접 변환을 기반으로 합니다. 회전이 시작되기 전에 입력 전류와 권선 전류의 균형이 유지되면서 전류가 점차 시작 값까지 상승합니다. 회전이 시작된 후 전류는 급격히 감소했다가 다시 증가하여 "샤프트의 회전 조정" 등을 2-3회 더 반복합니다.

따라서 스타트업은 더 이상 '순조롭지' 않고 모든 사람에게 안전해졌습니다. 이 계획으로 보존된 가장 중요한 것은 오늘날 가장 일반적이며 주요 장점은 다음과 같습니다. 토크. 동시에 신뢰할 수 있는 DC 모터의 설계는 더욱 단순해지고 전력은 증가했으며 시동 전류는 이 클래스의 모터에 여전히 골치 아픈 문제로 남아 있지만 메커니즘에 있어서는 더 이상 중요하지 않습니다.

DC 모터의 응용

우리가 조사한 설계 및 작동 원리인 DC 기계와 마찬가지로 DPT는 네트워크에 대한 영구 연결을 사용하는 것이 부적절하고 그러한 연결이 불가능한 경우(좋은 예는 DPT인 자동차 시동 장치) 사용됩니다. (예: 어린이용 모터가 장착된 장난감) 또는 그러한 연결조차 충분하지 않은 경우. 예를 들어, AC 네트워크에 연결된 것처럼 보이지만 필요한 토크가 DC 모터만 사용할 수 있는 철도 운송의 경우 원리는 변경되지 않습니다. 그리고 실제로 최근에는 적용 범위가 줄어들지 않고 오히려 늘어나고 있습니다. 배터리 용량이 클수록 해당 엔진이 자율적으로 작동하는 시간이 길어집니다. 크기가 작을수록 전력 이득이 커집니다.

경제적-이것은 미래의 문제입니다. 지금은 특별히 저장할 것이 없으며 질문이 제기되지 않았으므로 가변 엔진이 더 간단해질 것입니다. 그러나 그들은 DPT를 대체할 수 없습니다. 이것은 DCT 또는 직류 기계로, 우리가 6-8학년 때 그 구조와 작동 원리를 공부했지만 오랫동안 잊어버렸습니다.

기어 모터에 대한 이전 게시물 이후, DC 모터 조절에 관해 몇 가지 질문을 받았습니다. 그럼 이제 또 다른 포스팅을 작성해보겠습니다 :)

DCM(직류 모터)은 학교 물리학에서도 가장 친숙하고 이해하기 쉬운 전기 모터 중 하나입니다. 소형 모터가 필요한 거의 모든 곳에 사용되며, 수십 킬로와트의 전력이 측정되는 곳에서도 서두르지 않고 위치를 잃습니다. 그에 대해 이야기합시다.

▌ 디자인 및 기본원리
여기서는 너무 자세히 설명하지 않고 Wikipedia의 사진을 보여주고 여러 주요 구성 요소를 표시하겠습니다. 당신이 이미 알고 있고 당신의 손으로 만진 다른 모든 것.

1. 고정자는 자기장 소스로 구성됩니다. 이것이 항상 영구 자석인 것은 아니며, 영구 자석은 규칙이 아니라 예외입니다. 일반적으로 이것은 여자 권선입니다. 적어도 주먹보다 큰 것에는 말이죠.

2. 전기자는 전기자 권선과 수집 장치로 구성됩니다.

모든 것이 매우 간단하게 작동합니다. 전기자 권선은 암페어 힘에 의해 고정자의 자기장에서 반발되어 반 회전하여 이 힘을 0으로 만들려고 시도하며 모든 사람을 영리하게 차단하는 컬렉터가 아니었다면 극성을 전환했을 것입니다. 코일과 힘이 다시 최대가 됩니다. 그리고 원 안에 계속됩니다. 저것들. 컬렉터는 전기자에서 기계적 전압 인버터 역할을 합니다. 이 순간을 기억해 두시면 나중에 도움이 될 것입니다 :)

일반적으로 소형 모터에는 계자 권선의 두 극(한 쌍)과 3구 전기자만 있습니다. 세 개의 톱니는 모든 위치에서 시작하는 데 최소이지만 톱니가 많을수록 권선이 더 효율적으로 사용되며 전류가 낮아지고 토크가 더 부드러워집니다. 왜냐하면 힘이 각도에 투영되고 활성 섹션이 있기 때문입니다. 권선이 더 작은 각도로 회전합니다.

▌ 엔진에서 일어나는 프로세스
엔진을 사용해 본 많은 분들은 시동 시 모터가 전류계 바늘을 예를 들어 암페어로 급격하게 움직일 수 있고 가속 후 전류가 약 200mA로 떨어지는 경우 뚜렷한 시동 전류가 있다는 것을 알아차렸을 것입니다. .

왜 이런 일이 발생합니까? 이것이 역기전력이 작동하는 방식입니다. 엔진이 정지되면 통과할 수 있는 전류는 공급 전압과 전기자 권선의 저항이라는 두 가지 매개변수에만 의존합니다. 따라서 엔진이 개발할 수 있고 회로를 계산해야 하는 최대 전류를 쉽게 찾을 수 있습니다. 모터 권선의 저항을 측정하고 공급 전압을 이 값으로 나누는 것으로 충분합니다. 간단히 말해서 옴의 법칙입니다. 이것이 최대 시동 전류가 됩니다.

그러나 가속함에 따라 재미있는 일이 시작됩니다. 전기자 권선은 고정자의 자기장을 가로 질러 이동하고 발전기에서와 같이 EMF가 유도되지만 엔진을 회전시키는 것과 반대 방향으로 향합니다. 결과적으로 전기자를 통과하는 전류는 급격히 감소하고 속도가 빨라질수록 감소합니다.

그리고 도중에 엔진이 더 조여지면 역기전력이 공급보다 높아지고 엔진이 에너지를 시스템으로 펌핑하기 시작하여 발전기가 됩니다.

▌ 몇 가지 수식
나는 누구에게도 결론을 내리지 않을 것입니다. 원한다면 스스로 찾을 수 있습니다. 덜 욕설을 덜기 위해 중등학교와 출판 연도가 지난 전기 드라이브에 관한 교과서를 찾는 것이 좋습니다. 50~60년대 사진이에요 :) 어제 시골 7년제 학교를 졸업한 학생들을 위해 그린 빈티지 그림들이 있어요. 문자가 많고 싱커가 없으며 모든 것이 명확하고 요점입니다.

브러시 DC 모터의 가장 중요한 공식은 다음과 같습니다.

U = E + I i *R i

U - 전기자에 공급되는 전압
Ri는 앵커 체인의 저항입니다. 일반적으로 권선의 저항만 이 기호로 간주되지만 외부에 저항을 걸어 추가할 수도 있습니다. 그런 다음 (R i + R d)로 씁니다.
나는 전기자 회로의 전류입니다. 엔진 소비량을 측정하려고 할 때 전류계로 측정하는 것과 동일합니다 :)
E는 발전기 모드에서 발전기의 역기전력 또는 EMF입니다. 이는 엔진 설계, 속도에 따라 달라지며 다음과 같은 간단한 공식으로 설명됩니다.

E = Ce * F * n

C e는 설계 상수 중 하나입니다. 이는 모터의 설계, 극 수, 회전 수, 전기자와 고정자 사이의 간격 두께에 따라 달라집니다. 실제로는 필요하지 않습니다. 원할 경우 실험적으로 계산할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 그것이 일정하고 곡선의 모양에 영향을 미치지 않는다는 것입니다 :)
F는 여기 자속입니다. 저것들. 고정자 자기장 강도. 영구 자석에 의해 고정되는 소형 모터의 경우에도 이는 상수입니다. 그러나 때로는 여자를 위해 별도의 권선을 가져온 다음 이를 변경할 수 있습니다.
n - 전기자 혁명.

음, 전류와 흐름에 대한 토크의 의존성은 다음과 같습니다.

M = Cm * 나는 나는 * F

C m은 건설 상수입니다.

여기서 전류에 대한 토크의 의존성은 완전히 직접적이라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 저것들. 일정한 여기 자속으로 전류를 측정함으로써 토크의 크기를 정확하게 결정할 수 있습니다. 예를 들어, 엔진이 회전하는 것을 쉽게 부러뜨릴 수 있는 힘을 개발할 수 있는 경우 드라이브가 파손되지 않도록 하기 위해 이는 중요할 수 있습니다. 특히 기어박스의 경우.

글쎄, 이로 인해 DC 기계의 토크는 전류를 공급하는 소스의 능력에만 의존합니다. 그러므로 이상적인 파괴 불가능한 초전도 엔진은 비록 그것이 못만큼 작더라도 당신을 매듭으로 묶을 것입니다. 에너지를 공급하면 됩니다.

이제 모든 것을 혼합하여 엔진의 기계적 특성인 토크에 대한 회전의 의존성을 알아봅시다.

빌드해 보면 다음과 같습니다.

n 0은 진공 상태에서 구형 엔진의 이상적인 유휴 속도입니다. 저것들. 엔진이 마침내 얼면 토크는 0이 됩니다. 전류 소비도 당연히 0입니다. 왜냐하면 역기전력은 전압과 같습니다. 순전히 이론적인 옵션입니다. 그리고 두 번째 지점은 샤프트의 모멘트와 함께 구성됩니다. 속도와 토크 사이에는 직접적인 관계가 있는 것으로 나타났습니다. 그리고 특성의 기울기는 전기자 체인의 저항에 의해 결정됩니다. 추가 저항이 없는 경우 이를 자연적 특성이라고 합니다.

이상적인 유휴 속도는 전압과 흐름에 따라 달라집니다. 다른 것은 없습니다. 그리고 자속이 일정하면(영구 자석) 전압에서만 가능합니다. 전압을 줄임으로써 전체 특성이 병렬로 아래로 이동합니다. 전압을 절반으로 줄였습니다. 속도가 절반으로 떨어졌습니다.

여자 흐름을 변경할 수 있는 경우 공칭 속도 이상으로 속도를 높일 수 있습니다. 여기서 관계가 역전됩니다. 흐름을 약화시킵니다. 엔진이 가속되지만 토크가 떨어지거나 더 많은 전류를 소비해야 합니다.

자극이 제거된 다른 엔진은 혼란에 빠질 수 있습니다. 나는 전기 운전에 관한 긴 코스를 수강한 것을 기억하는데, 세션이 끝난 후 얼마나 오랜 시간이 지났는지 알 수 있습니다. 깨뜨려야 했는데요, 그렇죠 :) 글쎄요, 저는 실험실에 앉아 선생님을 기다리고 있었어요. 그리고 한 단계 낮은 멍청이들이 실험실을 만들고 있었습니다. 그들은 엔진을 공회전시키고 흥분 장치를 코딱지 스탠드에 부착하고 터미널에서 날아갔습니다. 엔진이 고장났습니다. EPA SUSU의 우리 실험실에서는 모든 것이 진지했고 기계도 10킬로와트, 각각 약 100kg 정도였습니다. 모든 것이 380V의 가혹한 전압에 놓여 있습니다.
일반적으로이 바보가 괴물처럼 으르렁 거리며 탈것에서 몸을 찢기 시작했을 때 내가 외칠 시간은 지옥에서 차에서 내려 지옥으로 바꾸는 것뿐이었습니다. 시간이 생기기도 전에 엔진이 마운트에서 찢어지고 권선이 홈 밖으로 튀어나와 엔진이 손상되었습니다. 알았어, 아무도 다치지 않았어.
그러나 드라이브 랩은 여전히 즐거웠습니다. 그곳에서 화재와 폭발이 일어났습니다. 그곳에서 나는 무엇이든, 무엇이든, 단시간에 고칠 수 있는 놀라운 기술을 습득했습니다. 평균적으로 모든 사람이 한 번 스탠드를 완전히 죽일 수 있었고 실험실에서는 종종 오실로스코프를 수리하는 데 사용된 납땜 인두를 수리하기 시작하여 데드 스탠드를 다시 활성화했습니다.

전기자 회로에 저항을 추가하면 기울기를 늘릴 수 있습니다. 더 많이 로드할수록 속도는 더 떨어집니다.

전기자 회로의 저항은 모터 전류에 맞게 정격을 지정해야 하기 때문에 이 방법은 좋지 않습니다. 강력하고 헛되이 뜨거워 질 것입니다. 글쎄요, 순간이 급격하게 떨어지는 것은 나쁜 일입니다.

독립적인 여기보다는 순차적인 모터도 있습니다. 이는 고정자 권선이 전기자와 직렬로 연결된 경우입니다. 모든 모터가 이런 방식으로 켜질 수 있는 것은 아닙니다. 계자 권선은 전기자 전류를 견뎌야 합니다. 그러나 그들은 하나의 흥미로운 속성을 가지고 있습니다. 시동 시에는 큰 시동 전류가 발생하며 이 시동 전류는 여자 전류이기도 하여 큰 시동 토크를 제공합니다. 기계적 특성은 회전수가 0인 영역에서 최대값을 갖는 쌍곡선과 유사합니다.

그런 다음 가속하면 토크가 떨어지고 반대로 속도가 증가합니다. 그리고 샤프트에서 부하가 제거되면 엔진은 즉시 오버드라이브 상태가 됩니다. 이러한 엔진은 주로 드래프트 드라이브에 설치됩니다. 적어도 그들은 전력 전자공학이 개발되기 전에는 그랬습니다. 이 쓰레기는 그 자리에서 너무 많이 폭발하여 모든 거리 학살자들이 초조하게 빛납니다.

▌ DC 모터 작동 모드
모터의 회전 방향은 전기자 전류의 방향 또는 여자 흐름의 방향에 따라 달라집니다. 따라서 정류자 모터를 사용하고 여자 권선을 전기자와 평행하게 연결하면 교류에서 완벽하게 회전합니다(범용 모터는 종종 주방 기기에 설치됩니다). 왜냐하면 전류는 전기자와 여자 모두에서 동시에 변경됩니다. 그 순간은 실제로 맥동할 것이지만 이것은 사소한 일입니다. 그리고 이를 반전시키려면 전기자 또는 자극의 극성을 변경해야 합니다.

4개의 사분면에 기계적 특성을 그리면 다음과 유사한 결과를 얻게 됩니다.

예를 들어, 섹션 I의 특성 1에서 우리 자동차는 엔진처럼 작동합니다. 부하가 증가하고 특정 순간에 엔진이 멈추고 반대 방향으로 회전하기 시작합니다. 부하는 그것을 뒤집습니다. 이것은 제동 모드, 억제 방지입니다. 모드는 매우 어렵고 엔진이 잔인하게 가열되지만 제동에는 매우 효과적입니다. 샤프트의 모멘트가 방향을 바꾸고 엔진을 향해 회전하기 시작하면 모터는 즉시 발전에 들어갑니다(섹션 IV).

특성 2는 모터 공급 전압의 극성이 반대인 경우에만 동일합니다.

그리고 특징 3은 동적 제동입니다. 가역적입니다. 저것들. 모터를 저항이나 모터 자체에 단락시키는 경우입니다. 직접 확인하고 모터를 가져와 회전시킨 다음 전기자를 단락시키고 다시 회전시킬 수 있습니다. 샤프트에 눈에 띄는 힘이 가해질수록 엔진 품질이 높아집니다.

그런데 L293 또는 L297과 같은 모터 드라이버에는 두 키를 모두 위아래로 돌려 가변 저항 제동을 켤 수 있는 기능이 있습니다. 이 경우 전기자는 드라이버를 통해 접지 또는 전원 버스로 단락됩니다.

▌ 브러시리스 DC 모터
컬렉터 엔진은 매우 좋습니다. 정말 쉽고 유연하게 조정할 수 있습니다. 속도를 높이거나 낮출 수 있으며 기계적 특성이 강하고 토크를 강력하게 유지합니다. 의존성은 직접적입니다. 글쎄, 그것은 모터가 아니라 동화입니다. 이 모든 맛에 똥 한 숟가락이 아니었다면 수집가입니다.

이것은 복잡하고 비용이 많이 들며 매우 신뢰할 수 없는 장치입니다. 스파크가 발생하고 간섭이 발생하며 브러시의 전도성 먼지로 인해 막히게 됩니다. 그리고 무거운 하중을 받으면 타올라 원형 불이 생길 수 있으며 그게 전부입니다. 엔진이 망가졌습니다. 모든 것이 단단히 단락됩니다.

그런데 컬렉터가 대체 뭐죠? 왜 필요한가요? 위에서 나는 컬렉터가 기계식 인버터라고 말했습니다. 그 임무는 전기자 전압을 앞뒤로 전환하여 권선을 흐름에 노출시키는 것입니다.

하지만 이미 21세기에 접어들면서 값싸고 강력한 반도체가 곳곳에 널려 있습니다. 그렇다면 전자식으로 만들 수 있는데 왜 기계식 인버터가 필요한가요? 그렇죠, 그럴 필요는 없어요! 그래서 우리는 컬렉터를 전원 스위치로 교체하고 회전자 위치 센서를 추가하여 권선을 전환해야 하는 순간을 알 수 있습니다.

그리고 더 큰 편의를 위해 엔진을 뒤집어 놓습니다. 이 모든 쓰레기가 탑재된 전기자보다 자석이나 간단한 여자 권선을 회전하는 것이 훨씬 쉽습니다. 여기의 로터는 강력한 영구 자석이거나 슬립 링으로 구동되는 권선입니다. 수집가처럼 보이지만 그보다 훨씬 더 신뢰할 수 있습니다.

그리고 우리는 무엇을 얻나요? 오른쪽! BLDC라고도 불리는 브러시리스 DC 모터. DPT의 귀엽고 편리한 특성은 모두 동일하지만 이 불쾌한 수집가는 없습니다. 그리고 BLDC를 동기식 모터와 혼동하지 마십시오. 이들은 완전히 다른 기계이며 작동 및 제어 원리가 다르지만 구조적으로는 매우 유사하며 동일한 동기화 장치는 센서와 제어 시스템만 추가하여 BLDC로 쉽게 작동할 수 있습니다. 그러나 그것은 완전히 다른 이야기입니다.