Het werkingsprincipe van DC-motor

Een gelijkstroommachine (DC-machine) verwijst naar een roterende motor die in staat is elektrische energie van gelijkstroom om te zetten in mechanische energie (als DC-motor) of mechanische energie om te zetten in elektrische gelijkstroomenergie (als DC-generator). Het is een type motor dat de onderlinge omzetting tussen elektrische en mechanische energie mogelijk maakt. Wanneer hij als motor werkt, functioneert hij als gelijkstroommotor, waarbij hij elektrische energie omzet in mechanische energie; wanneer het als generator werkt, functioneert het als een gelijkstroomgenerator, waarbij mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie.

 

Samenstelling structuur

De structuur van een gelijkstroommotor moet uit twee hoofdonderdelen bestaan: de stator en de rotor. Het stationaire deel van een gelijkstroommotor tijdens bedrijf wordt de stator genoemd. De belangrijkste functie van de stator is het genereren van een magnetisch veld, dat bestaat uit de motorbasis, magnetische hoofdpolen, omkeerpolen, eindkappen, lagers en borstelapparaten. Het onderdeel dat tijdens bedrijf draait, wordt de rotor genoemd, die voornamelijk elektromagnetisch koppel en geïnduceerde elektromotorische kracht genereert. Het is de hub voor energieconversie in DC-motoren, daarom wordt het meestal het anker genoemd, bestaande uit een as, ankerkern, ankerwikkeling, commutator en ventilator.

 

Belangrijkste magnetische pool

De functie van de magnetische hoofdpool is het genereren van een magnetisch veld met een luchtspleet. De magnetische hoofdpool bestaat uit twee delen: de ijzeren kern van de magnetische hoofdpool en de excitatiewikkeling. De ijzeren kern is over het algemeen gemaakt van 0,5 mm tot 1,5 mm dikke siliciumstalen platen, die aan elkaar worden geperst en geklonken. Het is verdeeld in twee delen: het stoklichaam en de stokschoenen. Het deel bovenop de bekrachtigingswikkeling wordt het poollichaam genoemd, en het deel aan de onderkant dat verbreed is, wordt de poolschoenen genoemd. De poolschoenen zijn breder dan het poollichaam, waardoor de verdeling van het magnetische veld in de luchtspleet kan worden aangepast en de fixatie van de excitatiewikkeling kan worden vergemakkelijkt. De excitatiewikkeling is gemaakt van geïsoleerd koperdraad en gewikkeld rond de kern van de magnetische hoofdpool. De gehele magnetische hoofdpool is met schroeven aan de machinebasis bevestigd,

Omkeerpaal

De functie van de omkeerpool is het verbeteren van de commutatie en het verminderen van de mogelijke commutatievonken tussen de elektrische borstel en de commutator tijdens de werking van de motor. Het wordt over het algemeen geïnstalleerd tussen twee aangrenzende magnetische hoofdpolen en bestaat uit een ijzeren kern van de omkeerpool en een omkeerpoolwikkeling. De omkeerpoolwikkeling is gemaakt van geïsoleerde draden die rond de ijzeren kern van de omkeerpool zijn gewikkeld en het aantal omkeerpolen is gelijk aan de magnetische hoofdpolen.

 

Machinebasis

De buitenmantel van de motorstator wordt de basis genoemd. De functie van de machinebasis is tweeledig:

Eén wordt gebruikt om de magnetische hoofdpool, de omkeerpool en het einddeksel vast te zetten, en om de hele motor te ondersteunen en vast te zetten;

Ten tweede maakt de machinebasis zelf ook deel uit van het magnetische circuit, dat het magnetische pad tussen de magnetische polen vormt. Het deel waar de magnetische flux doorheen gaat, wordt het magnetische juk genoemd. Om ervoor te zorgen dat de machinebasis voldoende mechanische sterkte en een goede magnetische geleiding heeft, is deze doorgaans gemaakt van gietstaal of gelast van staalplaten.

 

Elektrisch borstelapparaat

Een elektrisch borstelapparaat wordt gebruikt om gelijkspanning en gelijkstroom te introduceren of te extraheren. Het elektrische borstelapparaat bestaat uit een elektrische borstel, een borstelhouder, een borstelstaaf en een borstelstaafhouder. De elektrische borstel wordt in de borstelhouder geplaatst en met een veer samengedrukt om een ​​goed glijcontact tussen de borstel en de commutator te garanderen. De borstelhouder wordt bevestigd op de borstelstang, die op een ronde borstelstangzitting is gemonteerd en van elkaar moet worden geïsoleerd. De borstelstangzitting wordt op het einddeksel of de binnendeksel van het lager geïnstalleerd en de omtrekpositie kan worden aangepast. Na aanpassing is het opgelost.

 

(1) Ijzeren kern van het anker

De ankerkern is het grootste deel van het magnetische hoofdcircuit en wordt gebruikt om de ankerwikkeling in te bedden. De algemene ijzeren kern van het anker is gemaakt van 0,5 mm dikke siliciumstaalplaten, geponst en gelamineerd om wervelstroom- en hysteresisverliezen te verminderen die tijdens de werking van de motor in de ijzeren kern van het anker worden gegenereerd. De gestapelde ijzeren kern wordt op de as of rotorbeugel bevestigd. De buitenste cirkel van de ijzeren kern is voorzien van ankergleuven, waarin ankerwikkelingen zijn ingebed.

(2) Ankerwikkeling

De functie van de ankerwikkeling is het genereren van elektromagnetisch koppel en geïnduceerde elektromotorische kracht, en het is een sleutelcomponent voor energieconversie in gelijkstroommotoren, daarom wordt het het anker genoemd. Het is samengesteld uit vele spoelen (hierna componenten genoemd) die volgens bepaalde regels zijn verbonden. De spoelen zijn gewikkeld met hoog-geëmailleerd draad of met glasvezel omwikkeld plat koperdraad. De spoelranden van verschillende spoelen zijn verdeeld in bovenste en onderste lagen en ingebed in de ankersleuf. De isolatie tussen de spoel en de ijzeren kern, evenals tussen de bovenste en onderste spoelrand, moet goed worden onderhouden. Om te voorkomen dat de middelpuntvliedende kracht de spoelrand uit de sleuf gooit, wordt de sleuf vastgezet met sleufwiggen. Het eindverbindingsgedeelte van de spoel dat uit de gleuf steekt, is vastgebonden met thermohardende non-geweven glastape.

 

(3)Commutator

In een gelijkstroommotor is de commutator uitgerust met elektrische borstels, die de externe gelijkstroom kunnen omzetten in wisselstroom in de ankerspoel, waardoor de richting van het elektromagnetische koppel constant blijft; In een gelijkstroomgenerator is de commutator uitgerust met elektrische borstels, die de wisselende elektromotorische kracht die in de ankerspoel wordt geïnduceerd, kunnen omzetten in directe elektromotorische kracht die wordt getrokken uit positieve en negatieve elektrische borstels. Een commutator is een cilindrisch lichaam dat is samengesteld uit vele commutatorsegmenten, die zijn geïsoleerd met daartussen mica-platen.

 

(4) Roterende as

De as speelt een ondersteunende rol bij de rotatie van de rotor en vereist een zekere mate van mechanische sterkte en stijfheid. Het wordt over het algemeen verwerkt uit rondstaal

Hoofdcategorieën

 

(5) DC-generator

Een gelijkstroomgenerator is een machine die mechanische energie omzet in elektrische gelijkstroomenergie. Het wordt voornamelijk gebruikt als excitatiekrachtbron voor gelijkstroommotoren, elektrolyse, galvaniseren, elektrisch smelten, opladen en wisselstroomgeneratoren. Hoewel gelijkrichtercomponenten ook worden gebruikt op plaatsen waar gelijkstroom nodig is om wisselstroom in gelijkstroom om te zetten, kunnen wisselstroomgelijkrichterstroombronnen, in termen van bepaalde prestatieaspecten, gelijkstroomgeneratoren niet volledig vervangen.

(6) DC-motor

Een roterend apparaat dat gelijkstroomenergie omzet in mechanische energie. De stator van de elektromotor zorgt voor een magnetisch veld, de gelijkstroomvoeding levert stroom aan de wikkeling van de rotor en de commutator houdt de richting van de rotorstroom en het door het magnetische veld gegenereerde koppel constant. Gelijkstroommotoren kunnen in twee categorieën worden onderverdeeld, afhankelijk van of ze zijn uitgerust met veelgebruikte borstelcommutatoren, waaronder geborstelde gelijkstroommotoren en borstelloze gelijkstroommotoren.

Borstelloze gelijkstroommotor is een nieuw type gelijkstroommotor die de afgelopen jaren is ontwikkeld met de ontwikkeling van microprocessortechnologie, de toepassing van nieuwe vermogenselektronische apparaten met een hoge schakelfrequentie en een laag stroomverbruik, evenals de optimalisatie van regelmethoden en de opkomst van goedkope -kosten permanente magneetmaterialen met een hoog magnetisch energieniveau.

(7) Controleprincipe

Het besturingsprincipe van een borstelloze gelijkstroommotor is dat om de motor te laten draaien, de besturingseenheid eerst de positie van de motorrotor moet bepalen die door de hall-sensor wordt gedetecteerd, en vervolgens de volgorde moet bepalen waarin de vermogenstransistoren in de omvormer worden in- (of uitgeschakeld) volgens de statorwikkeling. De AH, BH, CH (deze worden vermogenstransistors op de bovenarm genoemd) en AL, BL, CL (deze worden vermogenstransistors op de onderarm genoemd) in de omvormer zorgen ervoor dat de stroom achtereenvolgens door de motorspoel stroomt om een ​​voorwaarts (of achterwaarts) roterend magnetisch veld te genereren, en interageren met de magneet van de rotor, zodat de motor met de klok mee/tegen de klok in draait. Wanneer de motorrotor naar de positie draait waar een ander stel signalen wordt waargenomen door de hall-sensor, schakelt de besturingseenheid de volgende set vermogenstransistors in, zodat de cyclische motor in dezelfde richting kan blijven draaien totdat de besturingseenheid besluit om de motorrotor te stoppen en de vermogenstransistors uit te schakelen (of alleen de vermogenstransistoren van de onderarm in te schakelen); Als de motorrotor moet worden omgekeerd, wordt de volgorde van activering van de vermogenstransistor omgekeerd.

 

In principe kan de openingsmethode van vermogenstransistors als volgt worden geïllustreerd: AH, BL-groep → AH, CL-groep → BH, CL-groep → BH, AL-groep → CH, AL-groep → CH, BL-groep, maar deze mag niet worden geopend als AH, AL of BH, BL of CH, CL. Omdat elektronische componenten altijd een schakelresponstijd hebben, moet bovendien bij het in- en uitschakelen rekening worden gehouden met de responstijd van de vermogenstransistor. Anders zal, wanneer de bovenarm (of onderarm) niet volledig is uitgeschakeld, de onderarm (of bovenarm) al zijn ingeschakeld, wat resulteert in een kortsluiting tussen de boven- en onderarm en het doorbranden van de vermogenstransistor.

 

Wanneer de motor draait, vergelijkt de besturingseenheid het commando dat bestaat uit de snelheid en de acceleratie-/deceleratiesnelheid ingesteld door de bestuurder met de snelheid van de signaalverandering van de Hall-sensor (of berekend door software) om te bepalen of de volgende set schakelaars (AH, BL of AH, CL of BH, CL of...) moet worden ingeschakeld en de duur van de inschakeltijd. Als de snelheid niet genoeg is, wordt deze verlengd; als de snelheid te hoog is, wordt deze ingekort. Dit deel van het werk wordt door PWM uitgevoerd. PWM is de manier om te bepalen of het motortoerental snel of langzaam is, en het genereren van een dergelijke PWM is de kern om een ​​nauwkeurigere snelheidsregeling te bereiken.

 

Bij de hoge-snelheidscontrole moet worden overwogen of de CLOCK-resolutie van het systeem voldoende is om de verwerkingstijd van software-instructies te begrijpen. Bovendien heeft de gegevenstoegangsmethode voor signaalveranderingen van de Hall-sensor ook invloed op de prestaties van de processor, de beoordelingsnauwkeurigheid en de real-prestaties. Wat betreft snelheidsregeling bij lage-snelheid, vooral bij starten bij lage- snelheid, worden de veranderingen in het geretourneerde hall-sensorsignaal langzamer. Het is erg belangrijk om het signaal te extraheren, op het juiste moment te verwerken en de stuurparameterwaarden op de juiste manier te configureren, afhankelijk van de kenmerken van de motor. Als alternatief kan de snelheidsfeedback worden aangepast op basis van de encoderwijzigingen om de signaalresolutie te verhogen voor een betere controle. De motor kan soepel werken en goed reageren, en de geschiktheid van PID-regeling kan niet worden genegeerd. Zoals eerder vermeld is de borstelloze gelijkstroommotor een gesloten-lusregeling, dus het feedbacksignaal is gelijk aan het vertellen aan de controleafdeling hoeveel het motortoerental nog steeds afwijkt van het doeltoerental, wat de fout is. Het kennen van de fout vereist uiteraard compensatie, die kan worden bereikt via traditionele technische regelingen zoals PID-regeling. De staat en omgeving van controle zijn echter feitelijk complex en voortdurend-veranderend. Om robuuste en duurzame controle te bereiken, kunnen factoren waarmee rekening moet worden gehouden, mogelijk niet volledig worden beheerst door traditionele technische controle. Daarom zullen ook fuzzy control, expertsystemen en neurale netwerken worden opgenomen als belangrijke theorieën voor intelligente PID-regeling.