DC-motorer er allestedsnærværende maskiner som finnes i en rekke elektronisk utstyr som brukes i ulike applikasjoner.

Vanligvis er disse motorene utplassert i utstyr som krever en eller annen form for roterende eller bevegelsesproduserende kontroll.Likestrømsmotorer er essensielle komponenter i mange elektrotekniske prosjekter.Å ha en god forståelse av DC-motordrift og motorhastighetsregulering gjør det mulig for ingeniører å designe applikasjoner som oppnår mer effektiv bevegelseskontroll.

Denne artikkelen vil se nærmere på hvilke typer DC-motorer som er tilgjengelige, deres driftsmodus og hvordan man oppnår hastighetskontroll.

Hva er DC-motorer?

SomAC motorer, DC-motorer konverterer også elektrisk energi til mekanisk energi.Deres drift er motsatt av en DC-generator som produserer en elektrisk strøm.I motsetning til AC-motorer, opererer DC-motorer på likestrøm – ikke-sinusformet, ensrettet kraft.

Grunnleggende konstruksjon

Selv om DC-motorer er utformet på forskjellige måter, inneholder de alle følgende grunnleggende deler:

• Rotor (den delen av maskinen som roterer; også kjent som "armaturen")
• Stator (feltviklingene, eller "stasjonær" del av motoren)
• Kommutator (kan børstes eller børsteløs, avhengig av motortype)
• Feltmagneter (gir magnetfeltet som dreier en aksel koblet til rotoren)

I praksis fungerer likestrømsmotorer basert på interaksjoner mellom magnetiske felt produsert av et roterende anker og det til statoren eller den faste komponenten.

En sensorløs DC børsteløs motorkontroller.Bilde brukt med tillatelse avKenzi Mudge.

Driftsprinsipp

DC-motorer opererer på Faradays prinsipp om elektromagnetisme som sier at en strømførende leder opplever en kraft når den plasseres i et magnetfelt.I følge Flemings "venstrehåndsregel for elektriske motorer" er bevegelsen til denne lederen alltid i en retning vinkelrett på strømmen og magnetfeltet.

Matematisk kan vi uttrykke denne kraften som F = BIL (der F er kraft, B er magnetfeltet, jeg står for strøm, og L er lengden på lederen).

Typer DC-motorer

DC-motorer faller inn i forskjellige kategorier, avhengig av deres konstruksjon.De vanligste typene inkluderer børstet eller børsteløs, permanent magnet, serie og parallell.

Børstede og børsteløse motorer

En børstet DC-motorbruker et par grafitt- eller karbonbørster som er for å lede eller levere strøm fra ankeret.Disse børstene holdes vanligvis i nærheten av kommutatoren.Andre nyttige funksjoner til børster i likestrømsmotorer inkluderer å sikre gnistfri drift, kontrollere strømretningen under rotasjon og holde kommutatoren ren.

Børsteløse DC-motorerinneholder ikke kull- eller grafittbørster.De inneholder vanligvis en eller flere permanente magneter som snurrer rundt et fast anker.I stedet for børster bruker børsteløse likestrømsmotorer elektroniske kretser for å kontrollere rotasjonsretningen og hastigheten.

Permanente magnetmotorer

Permanentmagnetmotorer består av en rotor omgitt av to motstående permanentmagneter.Magnetene leverer en magnetisk feltfluks når dc passeres, som får rotoren til å spinne med eller mot klokken, avhengig av polariteten.En stor fordel med denne typen motor er at den kan operere med synkron hastighet med konstant frekvens, noe som gir optimal hastighetsregulering.

Serieviklede DC-motorer

Seriemotorer har stator (vanligvis laget av kobberstenger), viklinger og feltviklinger (kobberspoler) koblet i serie.Følgelig er ankerstrømmen og feltstrømmene like.Høy strøm går direkte fra tilførselen inn i feltviklingene som er tykkere og færre enn i shuntmotorer.Tykkelsen på feltviklingene øker motorens lastbærende kapasitet og gir også kraftige magnetfelt som gir serie DC-motorer et meget høyt dreiemoment.

Shunt likestrømsmotorer

En shunt DC-motor har anker og feltviklinger koblet parallelt.På grunn av parallellkoblingen mottar begge viklingene samme forsyningsspenning, selv om de exciteres separat.Shuntmotorer har vanligvis flere svinger på viklingene enn seriemotorer som skaper kraftige magnetiske felt under drift.Shuntmotorer kan ha utmerket hastighetsregulering, selv med varierende belastning.Imidlertid mangler de vanligvis det høye startmomentet til seriemotorer.

En motor- og hastighetskontrollkrets installert i en minibor.Bilde brukt med tillatelse avDilshan R. Jayakody

DC-motorhastighetskontroll

Det er tre hovedmåter å oppnå hastighetsregulering i serie DC-motorer – flukskontroll, spenningskontroll og ankermotstandskontroll.

1. Flukskontrollmetode

I flukskontrollmetoden er en reostat (en type variabel motstand) koblet i serie med feltviklingene.Hensikten med denne komponenten er å øke seriemotstanden i viklingene som vil redusere fluksen, og følgelig øke motorens hastighet.

2. Spenningsreguleringsmetode

Den variable reguleringsmetoden brukes vanligvis i shunt likestrømsmotorer.Det er igjen to måter å oppnå spenningsregulering på:

• Koble shuntfeltet til en fast spenningsspenning mens ankeret forsynes med forskjellige spenninger (også kalt multippel spenningskontroll)
• Variering av spenningen som leveres til armaturet (også kalt Ward Leonard-metoden)

3. Ankermotstandskontrollmetode

Ankermotstandskontrollen er basert på prinsippet om at hastigheten til motoren er direkte proporsjonal med den bakre EMF.Så hvis forsyningsspenningen og ankermotstanden holdes på en konstant verdi, vil motorhastigheten være direkte proporsjonal med ankerstrømmen.