DC motori su sveprisutne mašine koje se nalaze u raznovrsnoj elektronskoj opremi koja se koristi u različitim aplikacijama.

Tipično, ovi motori se koriste u opremi koja zahtijeva neki oblik rotacije ili kontrole pokreta.Motori istosmjerne struje su bitne komponente u mnogim projektima elektrotehnike.Dobro razumevanje rada DC motora i regulacije brzine motora omogućava inženjerima da dizajniraju aplikacije koje postižu efikasniju kontrolu kretanja.

Ovaj članak će detaljno razmotriti dostupne vrste DC motora, njihov način rada i kako postići kontrolu brzine.

Šta su DC motori?

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

Osnovna konstrukcija

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

• Rotor (dio mašine koji rotira; poznat i kao "armatura")
• Stator (namotaji polja ili "stacionarni" dio motora)
• Komutator (može biti četkani ili bez četkica, ovisno o tipu motora)
• Magneti polja (obezbeđuju magnetno polje koje okreće osovinu spojenu na rotor)

U praksi, DC motori rade na osnovu interakcije između magnetnih polja proizvedenih od rotirajuće armature i statora ili fiksne komponente.

DC kontroler motora bez senzora bez četkica.Slika korištena ljubaznošćuKenzi Mudge.

Princip rada

DC motori rade na Faradejevom principu elektromagnetizma koji kaže da provodnik koji nosi struju doživljava silu kada se stavi u magnetsko polje.Prema Flemingovom “pravilu lijeve ruke za elektromotore”, kretanje ovog provodnika je uvijek u smjeru okomitom na struju i magnetsko polje.

Matematički, ovu silu možemo izraziti kao F = BIL (gdje je F sila, B je magnetno polje, I predstavlja struju, a L je dužina provodnika).

Vrste DC motora

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

Motori bez četkica i četkica

Brušeni DC motorkoristi par grafitnih ili ugljenih četkica koje služe za provođenje ili isporuku struje iz armature.Ove četke se obično drže u neposrednoj blizini komutatora.Ostale korisne funkcije četkica u DC motorima uključuju osiguranje rada bez iskri, 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, DC motori bez četkica koriste elektronička kola za kontrolu smjera rotacije i brzine.

Motori sa trajnim magnetom

Motori s trajnim magnetom sastoje se od rotora okruženog sa dva suprotna trajna magneta.Magneti snabdijevaju fluks magnetskog polja kada se prođe DC, što uzrokuje da se rotor okreće u smjeru kazaljke na satu ili suprotnom smjeru kazaljke na satu, ovisno o polaritetu.Glavna prednost ovog tipa motora je da može raditi pri sinhronoj brzini sa konstantnom frekvencijom, što omogućava optimalnu regulaciju brzine.

Serijski namotani DC motori

Serijski motori imaju statorske (obično napravljene od bakrenih šipki) namotaje i namote polja (bakrene zavojnice) povezane u seriju.Posljedično, struja armature i struje polja su jednake.Velika struja teče direktno iz napajanja u namotaje polja koji su deblji i manji nego kod šant motora.Debljina namotaja polja povećava nosivost motora i također proizvodi moćna magnetna polja koja daju serijskim DC motorima vrlo visok obrtni moment.

Shunt DC motori

Shunt DC motor ima svoju armaturu i namote polja spojene paralelno.Zahvaljujući paralelnoj vezi, oba namotaja dobijaju isti napon napajanja, iako se posebno pobuđuju.Shunt motori obično imaju više okreta na namotajima od serijskih motora što stvara snažna magnetna polja tokom rada.Shunt motori mogu imati odličnu regulaciju brzine, čak i kod različitih opterećenja.Međutim, obično im nedostaje veliki startni moment serijskih motora.

Motor i krug za kontrolu brzine ugrađen u mini bušilicu.Slika korištena ljubaznošćuDilshan R. Jayakody

DC kontrola brzine motora

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

1. Metoda kontrole toka

U metodi kontrole fluksa, reostat (vrsta promjenjivog otpornika) je povezan serijski s namotajima polja.Svrha ove komponente je da poveća serijski otpor u namotajima što će smanjiti fluks, a samim tim i brzinu motora.

2. Metoda regulacije napona

Metoda varijabilne regulacije se obično koristi u šantnim istosmjernim motorima.Postoje, opet, dva načina da se postigne kontrola regulacije napona:

• Povezivanje šanta na fiksni uzbudljiv napon uz opskrbu armaturom različitim naponima (tzv. višestruka kontrola napona)
• Promjenjivanje napona koji se dovodi do armature (poznata i kao Ward Leonardova metoda)

3. Metoda kontrole otpora armature

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