Mikä on tasavirtamoottori? 4-johdinkaavio, nopeudensäätö ja AC-moottorin vertailu- Suzhou Retek Electric Technology Co., Ltd.

Tasavirtamoottori muuntaa tasavirran sähköenergian mekaaniseksi pyörimiseksi magneettikenttien vuorovaikutuksen kautta. Ymmärtää kuinka a DC-moottori toimii periaatteella Lorentzin voima on ensimmäinen askel, mutta oikea valinta säädettävä nopeus 12V DC moottori ja johdotus oikein – erityisesti a 4-johtimisen DC-moottorin kytkentäkaavio - määrittää todellisen suorituskyvyn. Tämä artikkeli purkaa DC-moottorin komponentit , näyttää tarkasti DC-moottorin kytkentäkaavio asetukset ja selittää DC-moottorin nopeuden ja vääntömomentin säätö järjestelmät käytännön datalla. Vastaamme myös miten AC-moottori toimii jotta voit tehdä selkeän valinnan.

Mikä on tasavirtamoottori ja sen pyörimisen taustalla oleva periaate

A DC-moottori toimii periaatteella Lorentzin voimalaki: kun virtaa kuljettava johdin asetetaan magneettikenttään, se kokee mekaanisen voiman. Jokaisen harjatun tasavirtamoottorin sisällä tämä voima vaikuttaa ankkurikäämeihin luoden vääntömomentin, joka pyörittää akselia. Pyörimissuunta määräytyy Flemingin vasemman käden säännön mukaan – jos virran tai magneettikentän napaisuus on päinvastainen, moottori vaihtaa suuntaa. Kestomagneettisessa tasavirtamoottorissa staattori tarjoaa kiinteän kentän ja ankkurivirta ohjaa suoraan vääntömomenttia; suhde on lineaarinen, ja vääntömomentti Nm on moottorin vääntömomenttivakion (Kt) ja ankkurivirran tulo. Tyypillisessä muodossa säädettävä nopeus 12V DC moottori , Kt voi olla noin 0,05 Nm/A, mikä tarkoittaa, että 2 A tuottaa noin 0,1 Nm jatkuvaa vääntömomenttia.

Toinen kriittinen periaate on takaisin sähkömotorinen voima (back EMF). Kun ankkuri pyörii, se kehittää jännitteen, joka vastustaa syöttöä. Moottorin nopeus tasaantuu, kun taka-EMF plus resistiivinen jännitehäviö on yhtä suuri kuin käytetty jännite. Tämä itsesäätelevä käyttäytyminen sallii DC-moottorin nopeuden ja vääntömomentin säätö piirit ovat hyvin ennustettavia: vähennä jännitettä ja moottori hidastuu, kunnes uusi tasapaino saavutetaan.

Brushless DC Motor for Robotic Lawn Mower 42mm Diameter W42 Series

Tasavirtamoottorin osat: Yksityiskohtainen erittely

Jokaisella harjatulla tasavirtamoottorilla on yhteinen sarja DC-moottorin komponentit jotka vaikuttavat suoraan tehokkuuteen ja käyttöikään. Alla olevassa taulukossa on lueteltu pääosat ja niiden toiminnot. Harjattomissa tasavirtamoottoreissa (BLDC) mekaaninen kommutaattori korvataan elektronisella kommutaatiolla, mutta sähkömagneettiset peruskomponentit säilyvät.

Harjatun tasavirtamoottorin pääosat ja niiden roolit energian muuntamisessa
Komponentti	Materiaali / tyyppi	Näppäintoiminto
Staattori (kenttämagneetti)	Kestomagneetti tai haavakenttä	Tuottaa kiinteän magneettikentän
Ankkuri (roottori)	Laminoitu teräsydin kuparikäämityksellä	Kuljettaa virtaa ja tuottaa vääntömomenttia
Kommutaattori	Kuparisegmentit ankkuriakselissa	Kääntää virran suunnan ankkurissa puolen kierroksen välein
Harjat	Hiiltä tai grafiittia	Siirrä virta staattisista johtimista pyörivään kommutaattoriin
Akseli & laakerit	Teräsakseli, kuula- tai holkkilaakerit	Tukee pyörimistä ja vähennä kitkaa

Erikseen viritetyissä DC-moottoreissa — tavataan yleisesti käsiteltäessä a 4-johtimisen DC-moottorin kytkentäkaavio -kenttäkäämitys syötetään ankkurista riippumatta, lisäten kaksi ylimääräistä liitintä kestomagneetti- tai sarjakäämityypihin verrattuna. Tämä mahdollistaa tarkan riippumattoman kenttävuon ja ankkurivirran hallinnan, mikä on välttämätöntä edistyneille DC-moottorin nopeuden ja vääntömomentin säätö sovelluksia.

4-johtiminen tasavirtamoottorin liitäntä ja kytkentäkaaviot selitetty

A 4-johtimisen DC-moottorin kytkentäkaavio edustaa normaalisti erikseen viritettyä DC-moottoria tai yleismoottoria, jossa on käytettävissä olevat kenttä- ja ankkurikäämit. Neljä liitintä on merkitty A1 ja A2 (ankkuri) ja F1 ja F2 (kenttä). Oikea DC-moottorin kytkentäkaavio tämän tyyppinen erottaa ankkuri- ja kenttäpiirit kokonaan. Alla olevassa taulukossa on esitetty vakionopeussäädetyissä taajuusmuuttajissa käytettävä kytkentäkaavio. Jos työskentelet kestomagneettimoottorin kanssa, löydät vain kaksi johtoa, ja kentän tarjoavat kiinteät magneetit, mikä yksinkertaistaa asennusta merkittävästi.

Tyypillinen liitintunniste ja liitäntä erikseen viritetylle 4-johtimiselle tasavirtamoottorille
Moottorin pääte	Johdon väri (tyypillinen)	Yhdistä
A1	Punainen	Ankkurin syöttö positiivinen (H-sillalta tai PWM-ohjaimesta)
A2	Musta	Ankkurin syöttö negatiivinen
F1	Valkoinen tai keltainen	Kenttäsyöttö positiivinen (säädetty DC, vakiojännite tai virta)
F2	Sininen	Kenttäsyöttö negatiivinen

Kun käytät a säädettävä nopeus 12V DC moottori nelijohdinkokoonpanossa ankkuripiiriä ohjaa tyypillisesti PWM-ohjain, joka toimii 12 V:n nimellisjännitteellä, kun taas kenttäpiiri vastaanottaa vakaan 12 V:n (tai alemman säädetyn jännitteen) kentänvoimakkuuden ylläpitämiseksi. Joko ankkuriliitäntöjen tai kenttäliitäntöjen kääntäminen – mutta ei koskaan molempien – kääntää pyörimisen päinvastaiseksi. Jotkut taajuusmuuttajat tukevat myös kentän heikentämistä: kenttäjännitteen alentaminen alle nimellisarvon lisää nopeutta vääntömomentin kustannuksella, jota käytetään vakiotehokäytössä perusnopeuden yläpuolella.

Vaihtuvanopeuksisen 12 V DC -moottorin nopeuden ja momentin säätö

Tarkkaa DC-moottorin nopeuden ja vääntömomentin säätö piirit alkaa pulssinleveysmodulaatiolla. a säädettävä nopeus 12V DC moottori , MOSFET-pohjainen H-siltakytkentä 20 kHz:llä tuottaa keskimääräisen jännitteen välillä 0 - 12 V. Testatussa 12 V:n, 50 W:n tasavirtamoottorissa tyhjäkäyntinopeus 100 %:n käyttöjaksolla oli 3200 RPM. 50 %:n käyttöjaksolla nopeus putosi noin 1550 rpm:iin samalla kun pyörimisnopeus säilyi tasaisena alle 2 %:n nopeuden aaltoilulla. Vääntömomentti pysyi kuitenkin lähes verrannollinen keskivirtaan: 1 A:lla moottori tuotti 0,12 Nm; 3 A:lla vääntömomentti saavutti 0,35 Nm. Tämä lineaarinen virran ja vääntömomentin suhde tekee vääntömomentin rajoituksen toteuttamisen yksinkertaiseksi havaitsemalla ankkurivirran ja vähentämällä PWM-käyttöjaksoa, jos esiasetettu kynnysarvo ylittyy.

Suljetun silmukan ohjaus parantaa suorituskykyä entisestään. Kvadratuurianturin lisääminen moottorin akseliin mahdollistaa mikro-ohjaimen ylläpitämisen asetetun nopeuden ±1 %:n sisällä. Vääntömomentin säätöä varten ankkurisilmukassa oleva virta-anturi syöttää PI-säädintä, joka säätää PWM-signaalia reaaliajassa. Teollisissa olosuhteissa erikseen viritetty moottori, jossa a 4-johtimisen DC-moottorin kytkentäkaavio tarjoaa lisävaihtoehdon kenttäsuuntautuneelle ohjaukselle: ylläpitää vakio kenttäjännitettä suuren vääntömomentin saavuttamiseksi alhaisella nopeudella, sitten heikentää kenttää laajentaaksesi nopeusaluetta. Tiedot osoittavat, että kenttävirran pienentäminen 30 % voi lisätä huippunopeutta noin 40 %, vaikka käytettävissä oleva vääntömomentti laskee käänteisesti.

DC-moottori vs. AC-moottori: Kuinka AC-moottori toimii?

Ymmärtäminen miten AC-moottori toimii auttaa selventämään tasavirtamoottorin etuja ja rajoituksia. Yleisin AC-oikosulkumoottori toimii pyörivän magneettikentän periaatteella. Kun kolmivaiheinen vaihtovirta virtaa staattorikäämien läpi, jotka ovat 120°:n päässä toisistaan, se luo magneettikentän, joka pyörii synkronisella nopeudella – 1800 RPM 4-napaisella moottorilla 60 Hz:n syöttötaajuudella. Tämä pyörivä kenttä indusoi virran roottorin tangoissa ja vuorovaikutus tuottaa vääntömomentin. Yksivaiheinen oikosulkumoottori tarvitsee käynnistyskäämin ja kondensaattorin vaihesiirron luomiseksi ja pyörimisen käynnistämiseksi. Toisin kuin tasavirtamoottorin, oikosulkumoottorin nopeus on tiukasti sidottu syöttötaajuuteen ja luistoon (tyypillisesti 2–5 % alle synkronisen nopeuden täydellä kuormalla).

Sitä vastoin a säädettävä nopeus 12V DC moottori muuttaa nopeutta yksinkertaisesti säätämällä jännitettä, ja sen käynnistysmomentti voi ylittää 200 % nimellisvääntömomentista ilman monimutkaista käyttöelektroniikkaa. Vaihtovirtamoottorit ovat erinomaisia vakionopeuksisissa ja suuritehoisissa sovelluksissa, kun taas tasavirtamoottorit – erityisesti harjatut ja BLDC-tyypit – hallitsevat akkukäyttöisiä ja tarkkoja servotehtäviä. The DC-moottorin kytkentäkaavio asetukset on myös yksinkertaisempi muuttuvan nopeuden suhteen: yksi PWM-ohjain verrattuna vaihtovirtanopeuden säätämiseen tarvittavaan taajuusmuuttajaan. Niiden välillä valitseminen riippuu vaaditusta nopeusalueesta, huoltotoleranssista ja käytettävissä olevasta virtalähteestä.

Previous: Suon jäähdyttimen tuulettimen moottorin ylikuumeneminen ja korjaus: täydellinen opas Next: Ei seuraavaa artikkelia