DC 모터는 무엇으로 구성됩니까? 브러시리스 DC 모터

모터 DC변형하는 다른 유형의 기계보다 먼저 발명되었습니다. 전력기계식으로. 최신 엔진이 가장 널리 보급되었다는 사실에도 불구하고 교류, DC 모터에 대한 대안이 없는 응용 분야가 있습니다.

AC 및 DC 모터

발명의 역사

야코비 전기 모터.

직류 전동기(DCM)의 작동 원리를 이해하기 위해 그 생성의 역사를 살펴보겠습니다. 따라서 전기 에너지가 기계 에너지로 변환될 수 있다는 최초의 실험적 증거는 Michael Faraday에 의해 입증되었습니다. 1821년에 그는 바닥에 영구 자석이 있는 수은으로 채워진 용기에 도체를 낮추어 실험을 수행했습니다. 도체에 전기를 가한 후 도체가 자석 주위를 회전하기 시작하여 용기에 존재하는 자기장에 대한 반응을 보여줍니다. 패러데이의 실험은 실질적인 적용을 찾지 못했지만 전기 기계를 만들 수 있는 가능성을 입증하고 전자 기계의 발전을 가져왔습니다.

첫 번째 모터움직이는 부분(회전자)의 회전 원리에 기초한 직류는 1834년 러시아의 기계물리학자 보리스 세메노비치 야코비(Boris Semenovich Jacobi)에 의해 만들어졌습니다. 이 장치는 다음과 같이 작동했습니다.

설명된 원리는 Jacobi가 1839년에 12명의 승객을 태운 보트에 설치한 엔진에 사용되었습니다. 배는 조류에 대해 3km/h의 속도로 급격하게 이동했지만(다른 출처에 따르면 4.5km/h) 성공적으로 강을 건너 승객을 해변에 착륙시켰습니다. 320개의 갈바닉 셀로 구성된 배터리를 동력원으로 사용했고, 이동은 패들휠을 이용해 진행됐다.

이 문제에 대한 추가 연구를 통해 연구자들은 어떤 전원을 사용하는 것이 가장 좋은지, 성능 특성을 개선하고 크기를 최적화하는 방법에 관한 많은 질문을 해결하게 되었습니다.

1886년 Frank Julian Sprague는 오늘날 사용되는 것과 디자인이 유사한 직류 전기 모터를 최초로 설계했습니다. 그것은 자기 여기 원리와 전기 기계의 가역성 원리를 구현했습니다. 이 시점에서 이 유형의 모든 엔진은 더 적합한 소스인 DC 발전기에서 전력으로 전환되었습니다.

브러시 수집 장치는 다음을 제공합니다. 전기적 연결기계의 고정 부분에 체인이 있는 로터 체인

설계 및 작동 원리

최신 DC 변압기는 충전된 도체와 자기장의 상호 작용과 동일한 원리를 사용합니다. 기술이 발전함에 따라 장치에는 성능을 향상시키는 일부 요소만 보완되었습니다. 예를 들어, 오늘날 영구 자석은 저전력 모터에만 사용됩니다. 대형 장치에서는 너무 많은 공간을 차지하기 때문입니다.

기본원리

이 유형의 엔진의 초기 프로토타입은 최신 장치보다 눈에 띄게 단순했습니다. 그들의 원시 장치에는 두 개의 자석으로 구성된 고정자와 전류가 공급되는 권선이 있는 전기자만 포함되었습니다. 자기장의 상호 작용 원리를 연구한 후 설계자는 다음과 같은 엔진 작동 알고리즘을 결정했습니다.

전원 공급은 전기자 권선에 전자기장을 생성합니다.
전극 자기장영구자석장의 같은 극에서 반발된다.
전기자는 부착된 샤프트와 함께 권선의 반발 장에 따라 회전합니다.

이 알고리즘은 이론적으로는 완벽하게 작동했지만 실제로 첫 번째 엔진의 제작자는 기계의 기능을 방해하는 특징적인 문제에 직면했습니다.

엔진이 시동을 걸 수 없는 정지 위치는 극이 정확히 서로 앞쪽을 향하는 경우입니다.
저항이 강하거나 극 반발력이 약하여 시동할 수 없습니다.
로터는 1회전을 마친 후 정지합니다. 이는 원의 절반을 통과한 후 자석의 인력이 가속되지 않고 로터의 회전 속도가 느려지기 때문입니다.

첫 번째 문제에 대한 해결책은 매우 빠르게 발견되었습니다. 이를 위해 두 개 이상의 자석을 사용하는 것이 제안되었습니다. 나중에 모터 설계에는 특정 시점에 한 쌍의 권선에만 전력을 공급하는 여러 권선과 정류자-브러시 어셈블리가 포함되기 시작했습니다.

정류자 브러시 전류 공급 시스템은 또한 회전자 제동 문제를 해결합니다. 즉, 회전자 회전이 느려지기 시작할 때까지 극성이 전환됩니다. 이는 엔진이 한 번 회전하는 동안 최소한 두 개의 극성 전환이 발생함을 의미합니다.

약한 돌입 전류 문제는 아래의 별도 섹션에서 설명합니다.

설계

따라서 영구 자석이 모터 하우징에 고정되어 고정자와 함께 회전자가 위치하는 고정자를 형성합니다. 전원이 공급되면 전기자 권선에 전자기장이 나타나 고정자의 자기장과 상호 작용하여 샤프트에 단단히 장착된 회전자가 회전하게 됩니다. 환승을 위해 전류소스에서 전기자까지 엔진에는 다음으로 구성된 정류자 브러시 어셈블리가 장착되어 있습니다.

수집기. 이는 유전 물질로 분리된 여러 섹션으로 구성된 슬립 링으로, 전기자 권선에 연결되고 모터 샤프트에 직접 장착됩니다.
흑연 브러쉬. 압력 스프링에 의해 정류자의 접촉 패드에 눌려지는 브러시를 사용하여 정류자와 전원 사이의 회로를 닫습니다.

전기자 권선은 한쪽 끝이 서로 연결되고 다른 쪽 끝이 컬렉터 섹션에 연결되어 전류가 입력 브러시 -> 회전자 권선 -> 출력 브러시 경로를 따라 흐르는 회로를 형성합니다.

주어진 회로도(그림 3)은 두 섹션의 정류자를 갖춘 원시 DC 전기 모터의 작동 원리를 보여줍니다.

이 예에서는 로터의 시작 위치를 다이어그램에 표시된 위치로 간주합니다. 따라서 "+" 기호로 표시된 하단 브러시에 전원을 공급하면 권선을 통해 전류가 흐르고 주변에 전자기장이 생성됩니다.
김렛 법칙에 따르면 앵커의 북극은 왼쪽 아래 부분에 형성되고, 남극은 오른쪽 위 부분에 형성됩니다. 같은 이름의 고정자 극 근처에 위치하여 반발을 시작하여 로터를 움직이게 하며 반대 극이 서로 최소 거리에 있을 때까지, 즉 최종 위치에 도달할 때까지 계속됩니다(그림 1) .
이 단계에서 정류자의 설계로 인해 전기자 권선의 극성이 반전됩니다. 결과적으로 자기장의 극은 다시 가까운 거리에 있게 되고 서로 밀어내기 시작합니다.
회 전자는 완전히 회전하고 정류자는 다시 극성을 변경하여 계속 움직입니다.

DC 모터 부품

여기서는 이미 언급한 바와 같이 원시 프로토타입의 작동 원리를 보여줍니다. 실제 모터는 2개 이상의 자석을 사용하며 정류자에는 원활한 회전을 보장하기 위해 더 많은 패드가 있습니다.

고출력 모터에서는 크기가 크기 때문에 영구자석을 사용할 수 없습니다. 이에 대한 대안은 여러 개의 전도성 막대로 구성된 시스템으로, 각 전도성 막대에는 전원 부스바에 연결된 자체 권선이 있습니다. 동일한 이름의 극이 네트워크에 직렬로 연결됩니다. 하우징에는 1~4쌍의 극이 있을 수 있으며 그 수는 정류자의 전류 수집 브러시 수와 일치해야 합니다.

고전력용으로 설계된 전기 모터는 가벼운 모터에 비해 여러 가지 기능적 이점을 가지고 있습니다. 예를 들어, 여기서 전류 수집 브러시는 "전기자 반응"이라고 하는 샤프트의 제동을 보상하기 위해 샤프트를 기준으로 특정 각도로 회전합니다.

기동 전류

중단 없는 작동을 보장하고 부문별 제동을 제거하는 추가 요소를 엔진 로터에 점차적으로 장착하면 시동 문제가 발생합니다. 그러나이 모든 것이 로터의 무게를 증가시킵니다. 샤프트의 저항을 고려하면 샤프트를 제자리에서 밀어내는 것이 더 어려워집니다. 이 문제에 대한 첫 번째 해결책은 처음에 공급되는 전류를 늘리는 것일 수 있지만 이는 불쾌한 결과를 초래할 수 있습니다.

라인 회로 차단기는 전류를 견디지 못하고 꺼집니다.
권선은 과부하로 인해 소진됩니다.
과열로 인해 매니폴드의 스위칭 섹터가 용접됩니다.

따라서 그러한 결정은 오히려 위험한 반쪽 조치라고 할 수 있습니다.

일반적으로 이 문제는 DC 전기 모터의 주요 단점이지만 일부 영역에서는 없어서는 안될 주요 장점도 포함합니다. 이것의 장점은 시동 직후 토크가 직접 전달된다는 점입니다. 샤프트(움직이기 시작하면)는 어떤 하중에서도 회전합니다. AC 모터는 이를 수행할 수 없습니다.

이 문제를 완전히 해결하는 것은 아직 불가능했습니다. 오늘날 이러한 엔진을 시동하기 위해 자동 시동기가 사용되며 작동 원리는 자동차 기어 박스와 유사합니다.

첫째, 전류는 점차적으로 시작 값으로 상승합니다.
제자리에서 "이동"한 후 현재 값이 급격하게 떨어졌다가 "샤프트의 회전을 조정"하여 다시 부드럽게 상승합니다.
최대값으로 상승한 후 현재 강도는 다시 감소되고 "조정"됩니다.

이 사이클이 반복됩니다 3~5회(그림 4) 네트워크에 심각한 부하가 발생하지 않고 엔진을 시동해야 하는 문제를 해결합니다. 실제로 아직 "소프트" 스타트는 없지만 장비는 안전하게 작동하며 DC 모터의 주요 장점인 토크는 그대로 유지됩니다.

연결 다이어그램

DMF 연결은 교류 사양의 모터에 비해 다소 복잡합니다.

엔진은 높고 중간 전력, 일반적으로 계자 권선 (OB)과 전기자의 특수 접점이 있습니다. 터미널 박스. 대부분의 경우 소스의 출력 전압은 전기자에 공급되고 일반적으로 가변 저항에 의해 조정되는 전류는 OB에 공급됩니다. 모터의 회전 속도는 계자 권선에 공급되는 전류에 직접적으로 의존합니다.

DC 모터의 전기자와 계자 권선을 연결하는 세 가지 주요 회로가 있습니다.

직렬 여자는 시동 시 높은 전류 세기가 필요한 모터(전기 자동차, 렌탈 장비 등)에 사용됩니다. 이 계획제공한다 직렬 연결 OB 및 소스에 대한 앵커입니다. 전압이 가해진 후에는 동일한 크기의 전류가 전기자와 OF 권선을 통과합니다. 직렬 여기로 샤프트의 부하를 1/4만 줄여도 속도가 급격히 증가할 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 엔진 고장이 발생하기 때문에 이 회로는 일정한 부하 조건에서 사용됩니다.
병렬 여자는 시동 시 샤프트에 높은 부하를 주지 않는 공작 기계, 팬 및 기타 장비의 작동을 보장하는 모터에 사용됩니다. 이 회로에서는 OF를 자극하기 위해 가변저항기에 의해 가장 자주 조절되는 독립 권선이 사용됩니다.
독립 여자는 병렬 여자와 매우 유사하지만 이 경우 독립 소스를 사용하여 OF 전력을 공급하므로 전기자와 여자 권선 사이의 전기적 연결이 발생하지 않습니다.

최신 DC 전기 모터에서는 설명된 세 가지를 기반으로 하는 혼합 회로를 사용할 수 있습니다.

회전 속도 조정

DPT의 속도를 조절하는 방법은 연결 다이어그램에 따라 다릅니다.

병렬 여자 모터에서는 전기자 전압을 변경하여 공칭 값에 비해 속도를 감소시킬 수 있고 여자 흐름을 약화시켜 속도를 높일 수 있습니다. 속도를 높이기 위해(공칭 값에 비해 4배 이하) 가변 저항이 OF 회로에 추가됩니다.
직렬 여자를 사용하면 전기자 회로의 가변 저항을 통해 조정이 쉽게 수행됩니다. 사실, 이 방법은 속도를 줄이는 데에만 적합하며 비율은 1:3 또는 1:2입니다(또한 이로 인해 가변 저항에 큰 손실이 발생합니다). 증가는 OF 회로의 조정 가변 저항을 사용하여 수행됩니다.

이러한 회로는 조정 범위가 좁고 기타 단점이 있기 때문에 현대 첨단 장비에는 거의 사용되지 않습니다. 요즘에는 이러한 목적을 위해 전자 제어 회로가 점점 더 많이 만들어지고 있습니다.

반전

DC 모터의 회전을 역전시키려면 다음이 필요합니다.

순차적 여자의 경우 입력 접점의 극성을 변경하기만 하면 됩니다.
혼합 및 병렬 여기 - 전기자 권선의 전류 방향을 변경해야합니다. 냉각수 파열로 인해 방전량이 크게 증가할 수 있습니다. 기전력전선 절연 파괴.

적용 범위

이미 알고 있듯이 네트워크에 지속적이고 중단 없이 연결이 불가능한 조건에서는 DC 전기 모터를 사용하는 것이 좋습니다. 여기서 좋은 예는 엔진을 밀어내는 자동차 시동 장치입니다. 내부 연소"정지 상태에서" 또는 모터가 있는 어린이 장난감. 이러한 경우 엔진을 시동하려면 다음을 사용하십시오. 배터리. 산업용으로 DPT는 압연기에 사용됩니다.

DPT의 주요 적용분야는 전기운송이다. 증기선, 전기 기관차, 트램, 무궤도 전차 및 기타 유사한 차량은 시동 저항이 매우 높으며 이는 DC 모터의 도움으로만 극복할 수 있습니다. 부드러운 특성회전 조정 범위가 넓습니다. 환경 운송 기술의 급속한 발전과 대중화를 고려하여 DPT의 적용 범위는 점점 늘어나고 있습니다.

가장 간단한 브러시 수집 장치

장점과 단점

위의 모든 사항을 요약하면 교류로 작동하도록 설계된 모터에 비해 DC 전기 모터의 특징적인 장점과 단점을 설명할 수 있습니다.

주요 이점:

강력한 시동 토크가 필요한 상황에서는 DPT가 필수입니다.
전기자의 회전 속도는 쉽게 조정됩니다.
DC 모터는 보편적입니다 전기 기계즉, 생성기로 사용할 수 있습니다.

주요 단점:

DPT는 생산 비용이 높습니다.
브러시 수집 장치를 사용하면 빈번한 유지 관리 및 수리가 필요합니다.
작동하려면 DC 소스 또는 정류기가 필요합니다.

물론 DC 전기 모터는 비용과 신뢰성 측면에서 "가변" 친척보다 열등하지만 특정 영역에서 사용하면 모든 단점이 완전히 상쇄되므로 사용되며 앞으로도 사용될 것입니다.

불꽃이 튀는 것. 이는 기계의 신뢰성을 감소시키고 적용 범위를 제한합니다.

DFC의 중요한 단점은 먼저 교류 전기 에너지를 직류 전기 에너지로 변환해야 한다는 것입니다.

13.2. DC 모터의 설계 및 작동 원리

DC 모터는 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

– 고정 부분 – 인덕터가 있는 프레임;

– 회전 부분 - 앵커;

– 전기자 샤프트에 장착되어 함께 회전하는 정류자.

인덕터 - 기계 프레임의 원형에 설치된 고정 전자석(극) 시스템으로, 필요한 자속 및 권선 분포를 생성하는 데 필요한 코어, 극 조각으로 구성됩니다.

계자 권선이라고 함.

코어와 극편은 전기강판으로 만들어집니다.

주조 또는 용접된 프레임은 주철 또는 강철로 만들어지며, 기둥과 베어링 실드가 그 위에 설치되어 전기자 샤프트 베어링이 고정됩니다. 침대는 기계의 요크이기도 하여 자기 회로를 닫습니다.

인덕터의 목적은 전류가 계자 권선을 통과할 때 자속을 생성하는 것입니다.

전기자는 톱니형 코어와 권선으로 구성됩니다.

다섯 코어의 홈이라고 불리는 홈전기자 권선.전기자 코어는 시트 전기로 만들어집니다.

홈이 있는 디스크가 찍혀 있는 강철(두께 0.5mm). 디스크는 와전류 손실을 줄이기 위해 절연 바니시로 코팅되어 있습니다.

전기자 권선은 절연 구리선으로 만들어진 코일 형태의 섹션입니다.

권선 패턴은 루프 또는 웨이브일 수 있으며 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있습니다. 저전력 2극 기계에는 간단한 루프 권선이 있습니다.

(최대 1kW) 및 500kW 이상의 기계; 단순 파 권선은 110V 이상의 전압에서 저전력 및 중전력 기계 (최대 500kW)에 사용됩니다.

전기자의 목적은 여자 전류에 의해 생성된 극의 자기장과 전기자 권선의 전류를 상호 작용하여 전자기 토크를 생성하는 것입니다.

컬렉터는 쐐기형 구리판("더브테일" 형태)으로 구성된 중공 원통으로, 서로 분리되어 있고 본체와도 분리되어 있습니다. 컬렉터 플레이트는 기계 샤프트에서도 분리되어 있습니다.

조립된 컬렉터는 전기자 샤프트에 장착됩니다. 전기자의 홈에 위치한 권선 부분의 시작과 끝은 컬렉터 플레이트에 납땜됩니다.

정류자에는 고정된 전기흑연 브러시가 설치되어 있습니다. 회전 전기자 권선은 브러시와 정류자 사이의 슬라이딩 접촉을 통해 외부 회로에 연결됩니다.

브러시는 닫힌 전기자 권선을 평행 분기로 나누고, 평행 분기의 수는 브러시 수와 동일하므로 브러시의 EMF(기계의 EMF)는 하나의 병렬 분기의 EMF와 같습니다.

정류자는 전기 기계 변환기이며 한 극 영역에서 이동하는 전기자 권선 도체의 전류 방향을 변경하여 (모터의 경우) 방향으로 일정한 토크를 생성합니다.

다른 영역으로.

안에 발전기에서 컬렉터는 회전 전기자 권선에서 유도된 교류 EMF를 정류합니다.

DPT 지정 전기 다이어그램그리고 그 작동 원리는 그림 1에 나와 있습니다. 97a, b.




		FEM

직류 소스의 전압이 고정 전기자의 단자에 공급됩니다. 전기자 I에 흐르는 전류의 방향을 그림과 같이 해보자. 97, b.

안에 필드 와인딩, 인덕터의 극에 위치한 직류도 공급되어 전기자를 관통하는 자기장을 생성합니다. 인덕터의 극이 다음으로 만들어진 경우 단단한 자성 재료여자 권선이 없을 수도 있지만 자기장은 여전히 반대 자화된 극(N 및 S)에 의해 생성됩니다.

극의 자기장과 전기자 전류의 상호 작용으로 인해 전자기력 F EM이 형성되어 토크가 생성됩니다.

M Cm F 야,

여기서 Cm은 비례 계수입니다. F는 DPT의 여기 자속이고, I i는 DPT의 전기자 전류입니다.

자기장에서 회전하는 DPT 전기자에서는 전기자 전류의 방향과 반대인 EMF가 유도되므로 이 EMF를 역기전력 또는 역기전력이라고 합니다.

E CE Ф n,

여기서 C E – 비례 계수; F는 DC 모터의 여기 자속이고, n은 DC 모터의 회전 주파수입니다.

기본 엔진 방정식

Uc = E + Iа Rя,

여기서 U c는 네트워크 전압이고, I i는 전기자 전류이고, Ri는 전기자 권선의 저항입니다.

전기자 전류는 어디에서 오는가?

나는 Uс R I E.

이 식에 E 값을 대입하면 DC 모터의 회전 속도를 얻을 수 있습니다.

		너와 함께	이 리아
		CEF

이 식에서 DC 모터의 회전 속도는 입력 전압, 여자 전류(유량)의 크기에 따라 달라짐이 분명합니다.

F I in), 앵커 체인의 저항 R i 및 샤프트에 가해지는 하중 I i.

13.3. DC 모터의 유형

계자 권선과 전기자 권선을 연결하는 방법에 따라 DC 모터는 다음과 같은 유형으로 구분됩니다.

– 독립적인 여기를 갖는 DPT(그림 98, a);

– 순차적 여기를 갖는 DBT(그림 98, b);

– 병렬 여기가 있는 DCT(그림 98, c);

– 혼합 여기가 있는 DBT(그림 98, d).

유 독립 여기 기능이 있는 DPT필드 와인딩전기자 권선은 다양한 소스. 계자 권선은 H1 – H2로 지정됩니다 (그림 98, a).

엔진 고성능일반적으로 독립적인 자극으로 수행됩니다.

유 DCT 시리즈 여기 계자 권선 연결됨순차적으로전기자 권선을 직렬이라고합니다 (C1 - C2, 그림 98, b).

유 직렬 여자 모터의 경우, 부하 시 토크는 병렬 여자 모터의 토크보다 더 증가합니다.동시에 엔진 속도는 감소합니다.이 속성은 기계 제작 전기 기관차 및 도시 교통에서 DPT의 광범위한 사용을 결정합니다.

그러나 엔진 속도가 허용 주파수를 초과할 수 있고 이로 인해 사고가 발생할 수 있으므로 부하 없이 순차적 여자로 모터를 시동하는 것은 허용되지 않습니다. 엔진이 오버드라이브됩니다.

유 병렬 여자 여자 권선이 연결된 DPT션트라고 불리는 전기자 권선과 병렬로

(Ш1 – Ш2, 그림 98, c).

병렬 여자 모터는 다양한 부하에서 안정적인 속도를 제공하고 이 속도를 원활하게 조절할 수 있는 기능을 제공합니다. 따라서 병렬 여기 기능을 갖춘 DFC는 다양한 부하에서 일정한 회전 속도가 필요한 전기 드라이브에 사용됩니다.

그리고 그것의 광범위한 규제를 원활하게 합니다.야1

혼합 여자를 사용하는 DFC는 시동 토크가 가장 높으며 상당한 시동 토크가 필요하거나 단기 과부하 및 높은 가속이 가능한 경우(예: 압축기 시동)에 사용됩니다.

요구 사항에 따라 병렬 및 직렬 계자 권선을 "일치" 또는 "카운터"로 연결할 수 있습니다. "일관된" 스위치를 켜면 권선의 자속이 동일한 방향으로 향하고 합산되며, "카운터" 스위치를 사용하면 이를 뺍니다.

모든 전기 모터가 확실히 직류로 작동할 수 있다고 할 수는 없습니다. 수집기 유형에 적용됩니다. DC 전기 모터의 장치와 작동 원리는 이를 기반으로 합니다. 고정자는 권선 세트로 구성되며, 각 권선은 샤프트 원호의 제한된 부분에서만 작동합니다. 그렇지 않으면 개념을 구현하는 것이 불가능합니다.

정류자 모터 작동

정류자 모터는 가전제품 전반에 걸쳐 사용됩니다. 가정용 애플리케이션의 90%가 이 부문에서 나옵니다. 세탁기, 진공청소기, 전동 공구의 엔진. 냉장고, 선풍기, 송풍기 및 일부 후드는 예외입니다. 무소음 요구 사항으로 인해 발생합니다. 소형 자동차가 배터리로 운전하는 방법을 들어본 사람이라면 누구나 이해합니다. 밤에는 바스락거리는 소리가 모두 들립니다. 브러시 모터는 바스락거리는 소리를 냅니다. 아침 6시에 앵글 그라인더를 1~2초 동안 켜보세요. 이해하실 것입니다.

법에 따르면 밤에는 그 수준 음압 30dB를 초과하지 않습니다. 그렇지 않으면 기술이 방해할 것입니다. 잘 자. 소음은 정류자에 있는 브러시의 마찰로 인해 발생합니다. 모터 회전자는 비교적 무겁습니다. 약간의 정렬 불량도 베어링에 울립니다. 플레이가 있고, 움직이는 부분이 더 거대하고, 음향 효과가 더 눈에 띕니다. 정류자 모터에는 많은 단점이 있지만 직류로 작동할 수 있습니다. 치수를 줄이기 위해 코일 수를 줄입니다. 회전 방향을 고유하게 지정하려면 최소 3개의 극이 필요하며 평행하게 작동하지 않습니다.

정류자 모터의 경우 가전제품다수의 로터 극. 아래는 DC에 대한 단순화된 그림입니다. 정류자 모터는 유사한 모드에서 작동하며 더 많은 고정자 자석이 있으며 모두 전기입니다. 전원은 교류 전압 220V로 공급됩니다. 우리는 주요 비밀에 왔습니다! 교류 또는 직류로 정류자 모터에 전력을 공급하는지 여부는 차이가 없습니다. 보통 사람의 관점에서. 몇 가지 기능이 있습니다:

직류로 전원을 공급하면 효율이 높아집니다. 전력 입력이 비례적으로 감소되어 활용 효율성이 향상됩니다. 고정자 권선에는 2개가 아닌 3개의 단자가 장착되어 있습니다. 직류로 전원을 공급할 때 회전의 일부가 사용됩니다. 변수는 전체 고정자 코일을 통해 흐릅니다.
일정한 자기장에서는 자화 반전 효과가 사라집니다. DC 모터 자기회로의 전기강판 발열을 대폭 감소시킵니다. 이는 회전자와 고정자의 지지 베이스 제조에 대한 낮은 요구 사항에 반영됩니다. 자기 코어를 바니시 절연 플레이트로 분리할 필요가 없습니다. 그러나 대부분의 브러시 DC 모터는 교류 작업에도 적합합니다. 자기 코어는 전기 강판으로 구성됩니다.
간접적인 이점은 더 높은 속도 안정성입니다. 직류에서 회전 속도를 조절하기 위해 교류에서 전압 진폭의 변화가 사용되며, 사이리스터 스위치를 사용하여 전력선을 따라 정현파의 일부가 차단됩니다. 후자의 옵션은 세탁기에서 사용됩니다.
교류에서의 역전은 권선을 다시 연결하여 수행됩니다. 서로에 대해 활성화 방향을 변경함으로써. 절차 세탁기특수 릴레이를 수행합니다. DC 모터에서는 고정자 극이 철(네오디뮴) 자석으로 대체됩니다. 역방향을 얻으려면 전원 공급 장치의 극성을 변경하는 것으로 충분합니다. 릴레이 또는 접촉기를 사용하여 작동을 수행할 수 있습니다. 권선이 전기로 구동되는 경우 재순환을 사용하여 샤프트의 회전 방향을 변경합니다.

가전제품의 정류자 모터에서는 고정자와 회전자가 직렬로 연결됩니다. 에너지를 샤프트로 전달하기 위해 여러 섹션으로 나누어진 드럼 형태의 집전체가 사용됩니다. 전극은 압력 스프링이 있는 흑연 브러시입니다. 하우징에서는 고정자와 회전자 단자가 구분되어 역방향 기능을 구현할 수 있습니다. 접점 중에는 홀 센서 단자 3개(회전 속도계 2개), 온도 퓨즈 끝 등 보조 접점이 있을 수 있습니다.

샤프트가 회전함에 따라 브러시가 점차 다음 섹션으로 전환되고 로터 폴이 이동합니다. 고정자는 같은 위치에 남아 있습니다. 네트워크 주파수(50Hz)가 두 배로 증가하면 극성이 변경되지만 상호 작용의 특성은 동일하게 유지됩니다. 극이 밀어내는 것처럼 서로 다른 극도 끌어당깁니다. 권선의 특별한 분배와 컬렉터와의 정류를 통해 원하는 회전 방향이 보장됩니다. 모터는 공급 전압 유형(DC 또는 AC)과 무관합니다. 이 유형의 장치에 고유한 수집기 장비의 일부 기능을 아래에서 읽어보세요.

브러시가 드럼을 가로질러 움직일 때 스파크가 생성됩니다.

작동 원리

배리스터는 불꽃을 끄는 데 사용됩니다.

EMF의 크기는 허용할 수 없는 크기로 증가하고 보호 저항은 수만 배 감소하며 초과 전류는 하우징에 의해 단락됩니다. 배리스터는 쌍으로 사용됩니다. 두 브러시 모두 정류자 모터 하우징을 통해 연결됩니다. 진공 청소기 플러그에는 접지 단자가 없는 경우가 많으며 배리스터 보호 장치가 성공적으로 장착되어 있습니다. 스파크는 강철 몸체에 의해 차단됩니다. 큰 사이즈, 질량의 가열이 없습니다. 한 손으로 정류자 모터를 잡고 다른 손으로 접지된 금속 구조물(화재 탈출구, 물, 하수구, 가스 파이프, 피뢰침 버스, 안테나 케이블 끈)을 잡는 것은 치명적입니다.

신체의 탈착 가능한 볼

전동 공구 본체에는 탈착식 볼이 장착되어 있으며 몇 분 안에 브러시를 교체할 수 있습니다. 장치를 분해할 필요가 없습니다. 유지. 브러시 마모의 징후는 강한 스파크입니다. 장비가 낡았습니다. 새 브러시는 문지르면 스파크가 많이 발생합니다. 마모된 경우 전력 저하가 관찰됩니다. 드릴은 드릴 회전을 멈추고, 세탁기 드럼은 적재된 세탁물의 공칭 중량에서 멈춥니다. 원래 브러시를 항상 얻을 수 있는 것은 아닙니다. 연삭 도구를 사용하여 구성 요소를 필요한 크기로 날카롭게 할 수 있습니다.

스파크 속도, 실속

드럼이 더러워지면 스파크와 실속이 관찰됩니다. 로터를 제거하고 적합한 제품(알코올)으로 청소합니다.

DC 전기 모터의 설계는 교류 전압에서 작동하는 모델과 다르지 않습니다. 위의 내용은 모든 유형의 장비에 적용됩니다.

DC 모터 작동

가장 간단한 모터의 전류 수집기 아래에는 두 개의 섹션이 있습니다. 컬렉터 드럼이 손상되었습니다. 각 접촉 라멜라(샤프트의 플레이트)는 1/2 회전이 걸립니다. 하나의 브러시에는 양의 전위가 공급되고 두 번째 브러시에는 음의 전위가 공급되며 이에 따라 극의 자기장의 방향이 변경됩니다. 두 개는 주어진 시간에 활성화됩니다(위에 설명된 설계에서). 고정자는 영구적으로 형성될 수 있습니다. 전기장, 또는 금속 자석. 후자는 어린 이용 자동차에 사용됩니다.

DC 전기 모터는 어떻게 작동합니까? 초기 순간에 권선이 그림과 같이 위치한다고 가정해 보겠습니다. 이 예에서는 위에서 설명한 것처럼 더 이상 두 개의 극이 없고 세 개가 있습니다. DC 전기 모터를 원하는 방향으로 안정적으로 시동하기 위한 최소 개수입니다. 권선은 스타 회로로 연결되며 각 쌍에는 하나의 공통점이 있습니다. 전계 강도는 두 개의 음극과 하나의 양극을 형성합니다. 영구자석은 그림과 같이 세워져 있습니다.

DC 케이스의 단순화된 도면

매 1/3 회전마다 필드가 재분배되어 라멜라에 대한 공급 전압의 변화에 따라 극이 이동합니다. 두 번째 다이어그램에서는 권선 번호가 이동했지만 공간의 그림은 그대로 유지됩니다. 안정성의 핵심: 한 극은 영구 자석에 끌리고 두 번째 극은 밀어냅니다. 반대로 해야 할 경우에는 배터리(배터리)를 연결하는 극성이 바뀌게 됩니다. 결과는 양극 2개, 음극 1개입니다. 샤프트가 시계 반대 방향으로 움직입니다.

우리는 이제 DC 전기 모터의 작동 원리가 명확하다고 믿습니다. 오늘날에는 밸브형 모터가 일반적이라는 점을 덧붙여 보겠습니다. 많은 사람들이 고정자에서 필드를 교대로 만드는 것에 대해 생각해 왔습니다. 회전자는 영구 자석이 될 것입니다. 첫 번째 근사치로 모터는 밸브 유형입니다. 스위치 사이리스터를 통해 필요한 고정자 권선에 직류가 공급됩니다. 결과적으로 원하는 필드 분포가 생성됩니다.

이 계획의 장점은 유지 관리 및 수리가 필요한 마찰 부품의 수를 줄이는 것입니다. 사이리스터 제어 장치는 매우 복잡합니다. 라멜라를 사용하여 스위칭을 구성하는 것이 가능합니다. 동시에 구조는 대략적인 샤프트 위치 센서 역할을 합니다(샤프트 축의 접촉 패드 사이의 거리를 더하거나 빼기). 인버터 모터는 새로운 것이 아닙니다. 특정 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 회전속도를 정확하게 유지하는데 도움을 줍니다. 일상생활에서 밸브모터를 찾아보기란 어렵습니다. 세탁기에서도 비슷한 것을 볼 수 있습니다. 우리는 배수 펌프(자기 로터, 교류 전용)에 대해 이야기하고 있습니다.

DC 전기 모터의 기술적 특성은 교류로 구동되는 모터보다 우수합니다. 장치 클래스가 널리 사용됩니다. DC 전기 모터는 다양한 유형의 배터리로 구동되는 경우가 더 많습니다. 선택의 여지가 없을 때. 전원 구성표의 장점으로 인해 배터리 수명이 길어집니다.

고정자와 회전자 권선은 직렬 및 병렬로 연결됩니다. 후자는 초기 상태에서 샤프트에 하중이 가해질 때 사용됩니다. 속도가 급격히 증가하여 로터가 너무 쉽게 움직이면 부정적인 결과를 초래할 수 있습니다. 자신의 손으로 엔진을 만드는 주제에서도 비슷한 미묘함이 언급되었습니다.

DC 모터는 직류 전류로 구동되는 전기 모터입니다. 필요한 경우 상대적으로 낮은 속도의 높은 토크 엔진을 구입하십시오. 구조적으로 인러너는 고정 고정자가 하우징 역할을 할 수 있기 때문에 더 간단합니다. 고정 장치를 장착할 수 있습니다. 아웃러너의 경우 바깥쪽 부분 전체가 회전합니다. 모터는 고정축 또는 고정자 부품을 사용하여 고정됩니다. 모터 휠의 경우 고정자의 고정 축에서 고정이 이루어지며 와이어는 0.5mm 미만의 중공 축을 통해 고정자로 연결됩니다.

다음과 같은 유형의 DC 모터가 있습니다.

AC 모터라고합니다. 교류로 구동되는 전기 모터. AC 모터에는 다음과 같은 유형이 있습니다.

교류와 직류 모두에서 작동하는 기능을 갖춘 UKM(범용 정류자 모터)도 있습니다.

또 다른 유형의 엔진은 한정된 수의 회전자 위치를 가진 스테퍼 모터. 필요한 해당 권선에 전원을 공급하면 로터의 특정 위치가 고정됩니다. 공급 전압이 한 권선에서 제거되어 다른 권선으로 전달되면 다른 위치로 전환하는 과정이 발생합니다.

산업용 네트워크를 통해 전원을 공급받는 AC 모터는 일반적으로 분당 3,000회전 이상의 회전 속도. 이러한 이유로 더 높은 주파수를 얻어야 할 경우에는 정류자 모터를 사용하는데, 필요한 전력을 유지하면서 가벼움과 소형화라는 추가적인 장점이 있습니다.

때로는 장치의 운동학적 매개변수를 필요한 기술 매개변수로 변경하는 승수라는 특수 전송 메커니즘도 사용됩니다. 정류자 장치는 때때로 전체 모터 공간의 절반까지 차지하므로 AC 전기 모터는 주파수 변환기를 사용하여 크기가 줄어들고 무게가 가벼워지며 때로는 다음과 같은 네트워크가 존재하기 때문에 빈도 증가최대 400Hz.

모든 리소스 비동기 모터교류는 컬렉터 전류보다 눈에 띄게 높습니다. 결정된다 권선 및 베어링의 절연 상태. 인버터와 회전자 위치 센서를 사용할 때 동기 모터는 직류를 통한 작동을 지원하는 기존 브러시 모터의 전자 아날로그로 간주됩니다.

브러시리스 DC 모터. 일반 정보 및 장치 설계

브러시리스 DC 모터는 3상 브러시리스 DC 모터라고도 합니다. 이는 고정자 자기장의 벡터(회전자 위치 기반)가 제어되는 자체 동기화 주파수 조절을 기반으로 하는 작동 원리를 갖춘 동기 장치입니다.

이러한 유형의 모터 컨트롤러는 종종 다음을 통해 전원을 공급받습니다. 정전압, 이것이 그들이 이름을 얻은 방법입니다. 영문 기술 문헌에서는 밸브 모터를 PMSM 또는 BLDC라고 합니다.

브러시리스 전기 모터는 주로 전력 최적화를 위해 만들어졌습니다. 모든 DC 모터일반적으로. 이러한 장치의 액추에이터(특히 정밀한 위치 지정 기능을 갖춘 고속 마이크로드라이브)에 대한 요구 사항은 매우 높았습니다.

이로 인해 브러시리스 특정 직류 장치를 사용하게 되었을 수도 있습니다. 삼상 모터, BLDC라고도 합니다. 디자인이 거의 똑같네요 동기 모터교류: 3상 권선이 있는 기존의 적층 고정자에서 자기 회전자의 회전이 발생하고 회전 수는 고정자의 전압과 부하에 따라 달라집니다. 특정 회 전자 좌표를 기반으로 다양한 고정자 권선이 전환됩니다.

Brushless DC 모터는 별도의 센서 없이 존재할 수도 있지만 홀 센서와 같이 회전자에 존재하는 경우도 있습니다. 추가 센서 없이 장치가 작동하는 경우 고정자 권선은 고정 요소 역할을 합니다.. 그러면 회전자가 고정자 권선에 EMF를 유도할 때 자석의 회전으로 인해 전류가 발생합니다.

권선 중 하나가 꺼지면 유도된 신호가 측정되고 추가 처리되지만 이 작동 원리는 신호 처리 교수 없이는 불가능합니다. 그러나 이러한 전기 모터를 역전시키거나 제동하려면 브리지 회로가 필요하지 않습니다. 고정자 권선에 역순으로 제어 펄스를 공급하는 것으로 충분합니다.

VD(스위치 모터)에서는 영구 자석 형태의 인덕터가 회전자에 있고 전기자 권선이 고정자에 있습니다. 로터 위치를 기준으로, 모든 권선의 공급 전압이 생성됩니다.모터. 이러한 설계에 컬렉터를 사용하면 해당 기능은 스위치 모터의 반도체 스위치에 의해 수행됩니다.

동기식 모터와 밸브 모터의 주요 차이점은 로터와 필드의 비례 회전 속도를 결정하는 DPR을 사용하는 후자의 자체 동기화입니다.

대부분의 경우 브러시리스 DC 모터는 다음 영역에서 사용됩니다.

고정자

이 장치는 고전적인 디자인을 가지고 있으며 비동기 기계의 동일한 장치와 유사합니다. 포함 구리 권선 코어(홈의 둘레에 배치) 위상 수와 하우징을 결정합니다. 일반적으로 사인 및 코사인 위상은 회전 및 자체 시동에 충분하지만 밸브 모터는 종종 3상 또는 심지어 4상 모터로 생성됩니다.

역방향 전기 모터 기전력고정자 권선의 회전 유형에 따라 두 가지 유형으로 나뉩니다.

정현파 모양;
사다리꼴 모양.

해당 유형의 모터에서 전기 상 전류는 공급 방법에 따라 정현파 또는 사다리꼴로 변경됩니다.

축차

일반적으로 로터는 2~8개의 극 쌍이 있는 영구 자석으로 만들어지며, 이는 북쪽에서 남쪽으로 또는 그 반대로 교대로 나타납니다.

페라이트 자석은 회전자를 만드는 데 가장 일반적이고 저렴한 것으로 간주되지만 단점은 다음과 같습니다. 낮은 수준자기 유도따라서 이러한 재료는 현재 다양한 희토류 원소의 합금으로 만든 장치로 대체되고 있습니다. 높은 수준자기 유도를 통해 로터의 크기를 줄일 수 있습니다.

북한

로터 위치 센서는 다음을 제공합니다. 피드백. 작동 원리에 따라 장치는 다음 하위 유형으로 구분됩니다.

유도성;
광전;
홀 효과 센서.

마지막 유형은 다음과 같은 이유로 가장 인기를 얻었습니다. 거의 절대적으로 관성이 없는 특성로터 위치에 따라 피드백 채널의 지연을 제거하는 기능도 있습니다.

제어 시스템

제어 시스템은 전류 인버터 또는 전압 인버터 어셈블리로 이어지는 절연 게이트를 포함하여 전원 스위치로 구성되며 때로는 사이리스터 또는 전력 트랜지스터로도 구성됩니다. 이러한 키를 관리하는 프로세스는 가장 자주 구현됩니다. 마이크로 컨트롤러를 사용하여이는 엔진을 제어하기 위해 엄청난 수의 계산 작업이 필요합니다.

작동 원리

엔진의 작동은 컨트롤러가 회전자와 고정자의 자기장의 벡터가 직교하는 방식으로 특정 수의 고정자 권선을 전환하는 것입니다. PWM(펄스 폭 변조) 사용 컨트롤러는 모터에 흐르는 전류를 제어합니다.그리고 로터에 가해지는 토크를 조절합니다. 이 작용 모멘트의 방향은 벡터 사이의 각도 표시에 의해 결정됩니다. 계산에는 전기 학위가 사용됩니다.

F0(회전자 여자 자속)이 전기자 자속을 기준으로 일정하게 유지되도록 스위칭을 수행해야 합니다. 이러한 여기와 전기자 자속의 상호 작용으로 토크 M이 형성되어 회 전자를 회전시키고 병렬로 여기와 전기자 자속의 일치를 보장합니다. 그러나 로터가 회전함에 따라 로터 위치 센서의 영향으로 다른 권선이 전환되어 전기자 자속이 다음 단계로 향하게 됩니다.

이러한 상황에서 결과 벡터는 회전자 흐름에 대해 이동하고 고정되어 전기 모터 샤프트에 필요한 토크를 생성합니다.

엔진 제어

브러시리스 DC 모터의 컨트롤러는 펄스 폭 변조 값을 변경하여 회전자에 작용하는 토크를 조절합니다. 스위칭이 제어되고 전자적으로 수행, 평소와 다르게 브러시 모터 DC. 또한 작업 흐름을 위해 펄스 폭 변조 및 펄스 폭 제어 알고리즘을 구현하는 제어 시스템도 일반적입니다.

벡터 제어 모터는 자체 속도 조절에 대해 알려진 가장 넓은 범위를 제공합니다. 이 속도를 조절하고 자속 쇄교를 필요한 수준으로 유지하는 것은 주파수 변환기 덕분에 발생합니다.

벡터 제어를 기반으로 한 전기 구동 조절의 특징은 제어된 좌표가 있다는 것입니다. 그들은 고정된 시스템에 있고 회전으로 변신, 제어 동작이 형성되는 벡터의 제어된 매개변수에 비례하는 상수 값을 강조 표시한 다음 역방향 전환을 수행합니다.

이러한 시스템의 모든 장점에도 불구하고, 넓은 범위에 걸쳐 속도를 조절하기 위해 장치를 제어하기 어렵다는 단점도 동반됩니다.

장점과 단점

오늘날 많은 산업 분야에서는 브러시리스 DC 전기 모터가 거의 모든 것을 결합하기 때문에 이러한 유형의 모터가 큰 수요가 있습니다. 최고의 자질비접촉식 및 기타 유형의 모터.

밸브 모터의 부인할 수 없는 장점은 다음과 같습니다.

상당히 긍정적인 측면에도 불구하고, 브러시리스 DC 모터또한 몇 가지 단점이 있습니다.

위의 내용과 이 지역의 최신 전자 장치의 저개발을 기반으로 많은 사람들은 여전히 주파수 변환기와 함께 기존 비동기 모터를 사용하는 것이 바람직하다고 생각합니다.

3상 브러시리스 DC 모터

이러한 유형의 모터는 특히 위치 센서로 제어할 때 탁월한 특성을 갖습니다. 저항 순간이 다양하거나 완전히 알려지지 않은 경우, 그리고 달성하기 위해 필요한 경우 더 높은 시동 토크센서 제어가 사용됩니다. 센서를 사용하지 않는 경우(일반적으로 팬에서) 유선 통신 없이도 제어가 가능합니다.

위치 센서 없이 3상 브러시리스 모터를 제어하는 기능:

제어 기능 삼상 브러시리스 모터홀 센서의 예를 사용한 위치 센서의 경우:

결론

브러시리스 DC 전기 모터는 많은 장점을 갖고 있으며 전문가와 일반인 모두가 사용할 수 있는 가치 있는 선택이 될 것입니다.

자체 시동이 불가능한 두 개의 회전자 위치(두 개의 "사각점")와 첫 번째 근사치에서 고르지 않은 토크(고정자 극 B의 자기장이 균일함(균질) 등)가 있습니다.

회 전자 권선의 회전 수는 어디에 있습니까? 고정자 극의 자기장 유도는 회 전자 권선의 전류 [A]이며 권선 회전의 작동 부분 길이 [m]는 거리입니다. 회 전자 축에서 회 전자 권선 회전의 작동 부분까지 (반경) [m] - 고정자의 남북 극 방향과 회 전자의 동일한 방향 사이의 각도의 사인 [rad], - 각속도[rad/초], - 시간 [초].

브러시의 각도 폭과 정류자의 플레이트(라멜라) 사이의 각도 간격으로 인해 이 디자인의 엔진에는 브러시에 의해 동적으로 지속적으로 단락되는 로터 권선 부분이 있습니다. 회 전자 권선의 단락 부분 수는 브러시 수와 같습니다. 회 전자 권선의 이러한 단락 부분은 총 토크 생성에 기여하지 않습니다.

정류자가 하나인 엔진에서 로터의 총 단락 부분은 다음과 같습니다.

, 여기서 n은 브러시 수이고, alfa는 브러시 하나의 각도 너비[라디안]입니다.

브러시에 의해 단락된 토크 부분을 고려하지 않고 회전당 전류가 있는 s개의 프레임(회전)의 평균 토크는 적분 토크 곡선 아래 영역을 주기 길이로 나눈 값과 같습니다(1회전 = ). :

쌀. 2극 고정자와 3극 회전자를 갖춘 2 DC 모터

그림의 엔진 2는 돌출 극과 권선 1개가 있는 고정자(2극 고정자)의 전자석 1개, 돌출 극과 권선 3개가 있는 3극 회전자(회전자 권선은 스타 연결 또는 델타 연결일 수 있음), 브러시 수집기로 구성됩니다. 3개의 플레이트(라멜라)와 2개의 브러시로 조립합니다. 로터의 어느 위치에서나 자체 시동이 가능합니다. 2극 로터를 사용하는 모터보다 토크 불균일이 적습니다(그림 1).

약어 DMC(DC 모터)는 불행하게도 "AC 모터"라는 이름이 DMC라는 약어와 동일하기 때문입니다. 그러나 AC 모터는 비동기식(AM)과 동기식(SD)으로 구분되므로 약어 DCT를 DC 모터라고 합니다.

고정자

브러시에 의해 단락된 토크 부분을 고려하지 않고 회전(주기)당 평균 토크는 적분 토크 곡선 아래 영역을 주기 길이로 나눈 값과 같습니다.

권선에 s 회전

고정자 극의 균일한 자기장에 전류가 흐르는 두 프레임

기계의 로터에 두 번째 프레임을 설치하고 첫 번째 프레임에 대해 각도 π / 2만큼 이동하면 4극 로터가 생성됩니다. 두 번째 프레임 모멘트:

두 프레임의 총 순간:

따라서 토크는 로터의 회전 각도에 따라 달라지지만 한 프레임보다 불균일이 적다는 것이 밝혀졌습니다. 또한 로터의 모든 위치에서 자체 시동이 추가됩니다. 이 경우 두 번째 프레임에는 두 번째 컬렉터(브러시 컬렉터 장치)가 필요합니다. 두 노드는 병렬로 연결되며, 프레임 내 전류 스위칭은 프레임 내 전류가 가장 낮은 간격으로 발생합니다. 직렬 연결프레임 중 하나에서 전류 스위칭(회로 차단)이 발생합니다. 최대 전류다른 프레임에. 실제로 브러시의 각도 폭 α[rad]가 정류자 플레이트(라멜라) 사이의 간격 β[rad]의 각도 폭보다 약간 작기 때문에 토크 곡선 아래에 8개의 작은 부분이 있습니다. 동일한

, 여기서 Δ = β − α는 총 토크 생성에 참여하지 않습니다.