DC motori su sveprisutni strojevi koji se nalaze u raznim elektroničkim uređajima koji se koriste u različitim primjenama.

Obično se ti motori koriste u opremi koja zahtijeva neki oblik kontrole rotacije ili pokreta.Motori istosmjerne struje bitne su komponente u mnogim elektrotehničkim projektima.Dobro razumijevanje rada istosmjernog motora i regulacije brzine motora omogućuje inženjerima da dizajniraju aplikacije koje postižu učinkovitiju kontrolu kretanja.

Ovaj će članak pomno pogledati vrste dostupnih istosmjernih motora, njihov način rada i kako postići kontrolu brzine.

Što su istosmjerni motori?

KaoAC motori, DC motori također pretvaraju električnu energiju u mehaničku.Njihov rad je obrnut od rada istosmjernog generatora koji proizvodi električnu struju.Za razliku od AC motora, DC motori rade na istosmjernu struju – nesinusoidnu, jednosmjernu snagu.

Osnovna konstrukcija

Iako su istosmjerni motori dizajnirani na različite načine, svi oni sadrže sljedeće osnovne dijelove:

• Rotor (dio stroja koji rotira; poznat i kao "armatura")
• Stator (namoti polja ili "stacionarni" dio motora)
• Komutator (može biti s četkicama ili bez četkica, ovisno o vrsti motora)
• Magneti polja (osiguravaju magnetsko polje koje okreće osovinu spojenu na rotor)

U praksi, istosmjerni motori rade na temelju interakcija između magnetskih polja koje proizvodi rotirajuća armatura i polja statora ili fiksne komponente.

Kontroler istosmjernog motora bez senzora bez četkica.Slika korištena zahvaljujućiKenzi Mudge.

Princip rada

Istosmjerni motori rade na Faradayevom principu elektromagnetizma koji kaže da vodič kroz koji teče struja djeluje silom kada se stavi u magnetsko polje.Prema Flemingovom "Pravilu lijeve ruke za elektromotore", gibanje ovog vodiča uvijek je u smjeru okomitom na struju i magnetsko polje.

Matematički ovu silu možemo izraziti kao F = BIL (gdje je F sila, B magnetsko polje, I označava struju, a L je duljina vodiča).

Vrste istosmjernih motora

DC motori spadaju u različite kategorije, ovisno o njihovoj konstrukciji.Najčešći tipovi uključuju brušeni ili bez četkica, trajni magnet, serijski i paralelni.

Motori s četkama i bez četkica

Brušeni istosmjerni motorkoristi par grafitnih ili karbonskih četkica koje služe za provođenje ili isporuku struje iz armature.Ove se četke obično drže u neposrednoj blizini komutatora.Ostale korisne funkcije četkica u istosmjernim motorima uključuju osiguranje rada bez iskrenja, kontrolu smjera struje tijekom rotacije i održavanje komutatora čistim.

DC motori bez četkicane sadrže karbonske ili grafitne četke.Obično sadrže jedan ili više trajnih magneta koji se okreću oko fiksne armature.Umjesto četkica, istosmjerni motori bez četkica koriste elektroničke sklopove za kontrolu smjera vrtnje i brzine.

Motori s permanentnim magnetima

Motori s permanentnim magnetima sastoje se od rotora okruženog s dva nasuprotna permanentna magneta.Magneti opskrbljuju tok magnetskog polja kada prolazi istosmjerna struja, što uzrokuje vrtnju rotora u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru, ovisno o polaritetu.Glavna prednost ovog tipa motora je da može raditi sinkronom brzinom s konstantnom frekvencijom, što omogućuje optimalnu regulaciju brzine.

Serijski namotani istosmjerni motori

Serijski motori imaju namote statora (obično izrađene od bakrenih šipki) i namote polja (bakrene zavojnice) spojene u seriju.Prema tome, struja armature i struje polja su jednake.Jaka struja teče izravno iz napajanja u namotaje polja koji su deblji i manji nego u skretnim motorima.Debljina namota polja povećava nosivost motora i također proizvodi snažna magnetska polja koja serijskim istosmjernim motorima daju vrlo visok moment.

Shunt DC motori

Shunt DC motor ima armaturu i namote polja spojene paralelno.Zbog paralelnog spoja oba namota dobivaju isti napon napajanja, iako se pobuđuju odvojeno.Shunt motori obično imaju više zavoja na namotima od serijskih motora što stvara snažna magnetska polja tijekom rada.Shunt motori mogu imati izvrsnu regulaciju brzine, čak i s različitim opterećenjima.Međutim, obično im nedostaje veliki startni moment serijskih motora.

Krug za kontrolu motora i brzine instaliran u mini bušilici.Slika korištena zahvaljujućiDilshan R. Jayakody

Kontrola brzine istosmjernog motora

Postoje tri glavna načina za postizanje regulacije brzine u serijskim istosmjernim motorima - kontrola fluksa, kontrola napona i kontrola otpora armature.

1. Metoda kontrole protoka

U metodi kontrole toka, reostat (vrsta promjenjivog otpornika) spojen je u seriju s namotima polja.Svrha ove komponente je povećati serijski otpor u namotima što će smanjiti fluks, posljedično povećavajući brzinu motora.

2. Metoda regulacije napona

Metoda varijabilne regulacije obično se koristi u skretnim istosmjernim motorima.Postoje, opet, dva načina za postizanje kontrole regulacije napona:

• Spajanje šantnog polja na fiksni uzbudni napon dok se armatura opskrbljuje različitim naponima (aka višestruka kontrola napona)
• Mijenjanje napona koji se dovodi do armature (aka metoda Ward Leonard)

3. Metoda kontrole otpora armature

Kontrola otpora armature temelji se na principu da je brzina motora izravno proporcionalna povratnom EMF-u.Dakle, ako se napon napajanja i otpor armature održavaju na konstantnoj vrijednosti, brzina motora će biti izravno proporcionalna struji armature.