Co to jest silnik DC

W nowoczesnym przemyśle i życiu, chociaż nie widzimy silników, radzimy sobie z nimi codziennie, a DC Motors są najbardziej klasyczne i powszechne. Niezależnie od tego, czy jest to twój domowy wentylator elektryczny, zabawki dla dzieci, wycieraczki samochodów, a nawet źródło zasilania za automatycznym ramię robotycznym, może być prowadzony przez silnik DC.

 

Co to jest silnik DC? Mówiąc najprościej, jest to urządzenie, które przekształca energię elektryczną DC w energię mechaniczną. Chociaż historię silników DC można prześledzić do XIX wieku, nie została wyeliminowana przez czasy. Zamiast tego jest nadal aktywny na polach małych dysków i wysokiej kontroli. Wraz z opracowywaniem technologii kontroli elektronicznej rodzaje silników DC są stale wzbogacane, takie jak szczotkowane silniki DC, bezszczotkowe silniki DC, silniki DC Corless, silniki przekładni itp. Różne typy są odpowiednie dla różnych scenariuszy i sprzętu.

 

W tym artykule przeprowadzimy Cię przez zasady, struktury i klasyfikacje, aby w pełni zrozumieć mechanizm działający i scenariusze aplikacji silników DC, pomagając szybko rozpocząć ten ważny produkt elektromechaniczny.

 

 

Jak działają silniki DC: W jaki sposób pola magnetyczne i prądy powodują obrót?

Aby zrozumieć zasadę pracy silnika prądu stałego, możemy podsumować ją w jednym zdaniu: prąd przepływa przez drut, drut jest poddawany do siły w polu magnetycznym, a tym samym obracanie wirnika.

 

Innymi słowy, silnik prądu stałego jest jak „fabryka konwersji energii": odbiera moc DC ze źródła zasilania, a następnie generuje moment obrotowy elektromagnetyczny przez wewnętrzne uzwojenie twornika pod działaniem pola magnetycznego, prowadząc w ten sposób mechaniczną część do obracania się.

 

Schemat zasady pracy

 

Dlaczego może się obracać? Zasada faktycznie pochodzi z „reguły po lewej stronie"

Gdy prąd przechodzi przez drut w polu magnetycznym, drut zostanie poddany sile prostopadłowej do kierunku prądu i pola magnetycznego. To jest słynna „siła ampere". Możesz użyć „reguły po lewej stronie", aby określić kierunek siły.

 

W silniku prądu stałego siła ta działa na wiele cewek na zworcie, ostatecznie zbiegając się w ciągłą siłę obrotową.

 

Komutator: Klucz do ciągłego obrotu

Ale jest problem: jeśli cewka zawsze utrzymuje jeden kierunek w polu magnetycznym, silnik zatrzyma się po pół zakrętu. Aby rozwiązać ten problem, do silnika DC dodaje się bardzo krytyczne urządzenie - komutator.

 

Komutator stale zmienia kierunek prądu podczas obrotu twornika, tak że cewka była zawsze wymuszana w tym samym kierunku w polu magnetycznym, osiągając w ten sposób ciągły obrót.

 

Ta prosta i wydajna struktura jest jednym z ważnych powodów, dla których silniki DC są szeroko stosowane. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej: dlaczego prąd i pole magnetyczne generują moment obrotowy? W jaki sposób komutator faktycznie osiąga komutację? W jaki sposób proces siły twornika osiąga ciągłą moc wyjściową? Następnie możesz przeczytać ten artykuł "Zasada pracy silników DC: cudowna kombinacja pola magnetycznego i prądu"

 

 

Z czego jest wykonany silnik DC? Pozwól, że pokażę ci kluczowe elementy

Chociaż istnieje wiele rodzajów silników DC (takich jak szczotkowane, bezszczotkowe, stałe magnes itp.), Ich podstawowe struktury są mniej więcej podobne. Weźmy szczotkowany silnik DC jako przykład, aby zrozumieć jego podstawowe elementy i funkcje jeden po drugim.

 

1. Armatura: Główny charakter przekształcania energii elektrycznej na energię mechaniczną

Armatura jest obracającą się częścią silnika, zwykle składającą się z żelaznego rdzenia z raną drutu miedzianego. Jest umieszczony na cewce, a gdy prąd stały przechodzi przez zworę, generuje moment obrotowy pod działaniem pola magnetycznego, tym samym napędzając silnik do obracania się.

 

Armatura jest zarówno „końcem mocy wyjściowej", jak i bezpośredniego nośnika siły elektromagnetycznej. Jego konstrukcja wpływa na wydajność i wydajność silnika.

 

2. Komutator: „przełącznik", który umożliwia ciągły obrót

Komutator to urządzenie, które łączy zworę i szczotki, zwykle segmentowany pierścień miedziany. Jego funkcją jest automatyczne przełączanie kierunku prądu, gdy twornik się obraca, utrzymując w ten sposób obracającą się zwłokę. Jest to niezbędny komponent w silnikach szczotkowanych.

 

3. Brush: przewodzący most

Szczotka jest kluczowym elementem, który wprowadza prąd stały z zewnętrznego źródła zasilania do uzwojenia twornika. Wspólnymi materiałami są kompozyty grafitu lub metal-graphit. Kontaktuje się i przesuwa z komutatorem, umożliwiając stabilne dostarczanie prądu do obracającej się twornika.

 

Należy zauważyć, że szczotki noszą części i będą się zużywać po długoterminowym użyciu. Należy je regularnie wymieniać, co jest również ważną częścią konserwacji silnika pędzla.

 

4. Stojator: część statyczna, która generuje pole magnetyczne

Stojar jest stacjonarną częścią silnika, która jest odpowiedzialna za zapewnienie stałego pola magnetycznego dla twornika. Stownik może być magnesem stałym (tj. Silnik stałego magnesu DC) lub cewką zasilaną (tj. Silnik DC wzbudzający). Można go podzielić na różne typy zgodnie z różnymi sposobami generowania pola magnetycznego.

 

5. Obudowa i łożyska: Struktura i wsparcie

Obudowa motoryczna odgrywa głównie rolę ochronną i ustępującą, podczas gdy wewnętrzne łożysko zapewnia gładki i niski obrót twornika, który jest podstawową strukturą zapewniającą żywotność i stabilność silnika.

 

Podsumowanie: Struktura podstawowa silnika DC obejmuje: Armaturę, komutator, pędzle, stojan, łożyska itp. Składniki te współpracują ze sobą, aby zakończyć konwersję energii elektrycznej na energię mechaniczną, która jest gwarancją wydajnego działania silnika.

 

 

Kiedy wiele osób po raz pierwszy pozna silnik DC, mogą pomyśleć, że jest to tylko mały silnik, który można włączyć poprzez włączenie. Ale w rzeczywistości silniki DC można klasyfikować z wielu wymiarów, takich jak metoda komutacji, źródło pola magnetycznego, struktura uzwojenia itp. Poniżej znajdują się trzy najczęstsze metody klasyfikacji:

 

Zgodnie z metodą komutacji:

Szczotkowany silnik DC

Jest to najbardziej klasyczny silnik DC z prostą strukturą i niskimi kosztami. Przełącza kierunek prądu przez mechaniczny kontakt między szczotką a komutatorem, aby utrzymać ciągły obrót silnika.

 

Zalety: Prosta struktura, łatwa do kontrolowania, tani koszt, odpowiednia dla zabawek, małych urządzeń itp.

 

Wady: szczotki są łatwe w noszeniu, krótka żywotność, głośny hałas operacyjny, częste konserwacja.

 

Bezszczotkowy silnik DC

Bezszczotkowy silnik eliminuje szczotki i komutator i wykorzystuje elektroniczny system sterowania do komutacji, co czyni go bardziej wydajnym i ma dłuższą żywotność.

 

Zalety: Wysoka wydajność i cisza, długa żywotność, zasadniczo bez konserwacji, odpowiednie dla sprzętu w połowie do wysokości, takiego jak drony i elektronarzędzia.

 

Wady: wymaga dedykowanego kontrolera, wysokiego kosztu, złożonego systemu sterowania

 

Według źródła pola magnetycznego:

Silnik stałego magnesu (silnik PMDC)

Magnesy stałe są używane do wymiany uzwojenia pola w celu wygenerowania pola magnetycznego. Mają kompaktową strukturę i szybką reakcję. Są one powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych, automatycznych drzwiach, robotach itp. Mogą być szczotkowane lub bezszczotkowe silniki.

 

Zalety: prosta struktura, niewielki rozmiar, wysoka wydajność, szybka reakcja dynamiczna

 

Wady: Siły pola magnetycznego nie można dostosować, a górna granica mocy jest ograniczona materiałem magnetycznym.

 

Podekscytowany silnik DC

Pole magnetyczne jest generowane przez cewkę elektromagnetyczną (uzwojenie wzbudzenia), którą można podzielić na wzbudzenie szeregowe, wzbudzenie równoległe, wzbudzenie złożone itp. Jest odpowiednie dla urządzeń przemysłowych, które wymagają dużego momentu początkowego lub szerokiego zakresu regulacji prędkości.

 

Zalety: Regulowane pole magnetyczne, silny moment obrotowy, odpowiedni do warunków o dużej mocy

 

Wady: złożona struktura, trudna do kontrolowania, stosunkowo duży rozmiar

 

Według struktury uzwojenia lub liczby faz zasilania (najczęściej używanych do silników bezszczotkowych):

„Numer fazowy" silnika odnosi się do liczby kanałów, przez które prąd przechodzi przez uzwojenie. Typowe typy obejmują jednofazowe, dwufazowe i trójfazowe. Ta klasyfikacja jest szczególnie ważna w bezszczotkowych silnikach DC (BLDC), ponieważ różne liczby faz mają znaczący wpływ na stabilność silnika, metody kontroli i obszary zastosowania.

 

Jednofazowy silnik DC bezszczotkowy

Silniki jednofazowe mają najprostszą strukturę i zwykle wymagają tylko dwóch przewodów do kontrolowania. Obwód napędowy ma niski koszt, więc są często używane w mikro urządzeń o niskich wymaganiach dotyczących wydajności.

Zalety: najprostsza struktura, tani koszt, odpowiednie dla zastosowań o niskim momencie obrotowym, takich jak małe wentylatory i urządzenia przenośne

 

Wady: duże fluktuacje momentu obrotowego, a nie tak gładkie jak silniki wielofazowe podczas uruchamiania

 

Dwufazowy silnik DC bezszczotkowy

Jest bardziej złożony niż jednofazowy, zwykle przy użyciu struktury czterech lub sześcio-drutów i jest bardziej elastyczny pod względem kontroli. Jest podobny do struktury silnika krokowego, ale metoda napędu jest inna.

Zalety: Zwracana struktura, stabilna operacja, powszechnie używana w urządzeniach mikro i instrumentach medycznych

 

Wady: W porównaniu z silnikami trójfazowymi nadal istnieje pewna fluktuacja momentu obrotowego

 

Trójfazowy silnik DC bezszczotkowy

Jest to najbardziej główny i najlepiej wydajny struktura silnika bezszczotkowego na rynku, z płynną obsługą i ciągłym momentem obrotowym, i jest szeroko stosowana w różnych zastosowaniach w połowie do wysokości.

Zalety: Ciągłe moment obrotowy, wysoka wydajność, cicha operacja, jest to najbardziej główny tytuł silnika bezszczotkowego, szeroko stosowany w pojazdach elektrycznych, elektronarzędziach, dronach itp.

 

Wady: System sterowania jest złożony, a koszt jest stosunkowo wysoki

 

Różne metody klasyfikacji ujawniają kluczowe różnice w strukturze motorycznej, wydajności i zastosowaniu. Warto zauważyć, że klasyfikacje te nie wykluczają się wzajemnie. Na przykład silnik może być trójfazowym bezszczotkowym silnikiem stałym magnesem DC, który spełnia wszystkie trzy wymiary klasyfikacji. Zrozumienie tych podstaw pomoże w późniejszych decyzjach dotyczących wyboru i aplikacji.

 

 

We współczesnej inżynierii i życiu silniki DC są wszędzie. Dzięki zaletom prostej kontroli, szybkiej reakcji i różnorodnych struktur silniki DC są szeroko stosowane w różnych produktach i systemach. Od urządzeń gospodarstwa domowego po automatyzację przemysłową, po drony i sprzęt medyczny, DC Motors „wzmacniają" wszystko.

 

Poniżej przedstawiono kilka typowych scenariuszy aplikacji, podzielonych przez przemysł lub funkcję:

1. Urządzenia domowe i codzienne urządzenia elektroniczne

Silniki DC występują najczęściej w małych urządzeniach gospodarstwa domowego. Są kompaktowe i ciche, odpowiednie do zastosowań, które wymagają niskiego napięcia, niskiego hałasu i niskich kosztów.

 

Odkurzacze, suszarki do włosów, miksery (duża prędkość, dobra stabilność)

 

Elektryczne szczoteczki do zębów, gonki elektryczne (za pomocą silników szczotkowanych lub bezzamogowych)

 

Zasłony elektryczne, zamki elektryczne (niskie napięcie, zastosowania o niskim zużyciu energii)

 

Typowe typy: silnik szczotkowany, silnik bez korony, mały bezszczotkowy silnik prądu stałego

 

2. Zabawki, modelki i elektronika rozrywkowa

Od samochodów zdalnych po drony, silniki DC odgrywają kluczową rolę. Szybka, szybka reakcja, lekka i zwartość to podstawowe wymagania takich scen.

 

Samochody i samoloty zdalne (za pomocą silników bezszczotkowych w celu zwiększenia prędkości i wytrzymałości)

 

Roboty, ramiona robotyczne (silniki Encoder DC, które wymagają precyzyjnej kontroli)

 

Typy typowe: Silnik DC bezszczotkowy, silnik prądu stałego z enkoderem, silnik bez korony

 

3. Automatyzacja przemysłowa i napęd mechaniczny

Wymagania dotyczące wydajności silników w środowiskach przemysłowych są wyższe i muszą mieć takie cechy, jak wysoki moment obrotowy, silna kontrolność i długa żywotność.

 

Zautomatyzowana linia produkcyjna (silnik serwo DC, system sprzężenia zwrotnego enkodera)

 

Sprzęt do przekazywania, pręt pchania elektrycznego (silnik stałego magnesu, kombinacja silnika przekładni)

 

CNC Machine Tools (bardzo precyzyjne bezszczotkowe silniki DC)

 

Typy typowe: silnik prądem stałym, silnik prądu stałego o wysokim momencie obrotowym, silnik z przekładnią redukcyjną

 

4. Transport i zielone podróże

Zielone narzędzia podróżne, takie jak rowery elektryczne, pojazdy elektryczne i rowery bilansowe, zasadniczo wykorzystują silniki DC jako rdzeń zasilania, zwłaszcza wysokowydajne silniki prądu stałego.

 

Rower elektryczny (silnik hubowy bezszczotkowego)

 

Skuter elektryczny (bezszczotek 24 V \/ 36 V)

 

Smart Balancing Car (silnik DC o wysokim momencie obrotowym z systemem sterowania)

 

Typy typowe: silnik bezszczotkowy, bezszczotkowy silnik 48V, silnik DC o wysokiej wydajności

 

5. Urządzenia medyczne i sprzęt precyzyjny

Silniki DC, zwłaszcza silniki bezzamogowe i silniki serwo, są również szeroko stosowane w polu sprzętu medycznego, który ma wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące hałasu, objętości i prędkości reakcji.

 

Pompa infuzyjna, mikro wentylator (silnik bezzwłoczny, wrażliwa odpowiedź)

 

Elektryczne instrumenty chirurgiczne (silnik bezszczotkowy, niski, bez hałasu)

 

Sprzęt do badań okulistycznych (silnik serwo o ultra niskiej wibracji)

 

Typy typowe: Bezkogodne silniki DC, małe silniki Servo DC, silniki bezszczotkowe

 

Silniki DC zostały głęboko osadzone w naszym życiu i systemach przemysłowych ze względu na ich elastyczną strukturę, prostą kontrolę i szybką reakcję. Od zabawek dla dzieci po precyzyjne sprzęt medyczny, od automatycznych linii produkcyjnych po elektryczne narzędzia podróży, wszystkie polegają na silnikach DC, aby osiągnąć popęd i inteligencję.

 

Różne scenariusze aplikacji mają różne wymagania dotyczące poziomu napięcia silników DC. Chcesz wiedzieć, jak wybrać 12 V, 24 V, 36 V lub 48 V zgodnie z twoimi potrzebami? Możesz odwołać się do naszego "Podręcznik analizy poziomu napięcia silnika DC".