Kuinka harjatut moottorit toimivat? Kommutaattori, harjat ja vääntömomenttikäyrä selitetty

Lyhyt vastaus: Kelan virta kääntyy kääntyessään

A harjattu moottori siinä on kaksi magneettiosaa ja yksi pyörivä kytkin. Kenttä on kiinteä, tuotetaan kotelossa olevilla kestomagneeteilla tai erillisellä kenttäkäämityksellä. Työkelat istuvat ankkuriin, kierrettyinä akseliin kiinnitetyn ja vapaasti pyörivän rautasydämen ympärille.

Tasavirta saavuttaa nämä kelat harjojen kautta. Jokainen harja painaa kommutaattoria, eristettyjen kuparilohkojen sylinteriä. Virta tulee sisään positiivisen harjan kautta, kulkee sen alla olevaan segmenttiin, kulkee yhden ankkurikäämin läpi ja poistuu vastakkaisen segmentin ja harjan kautta. Koska tämä kela kuljettaa nyt virtaa magneettikentän sisällä, sen kumpikin puoli tuntee voiman, joka on suorassa kulmassa sekä kenttään että virtaan nähden, ja nämä kaksi voimaa vaikuttavat akselin vastakkaisilla puolilla. Armatuuri kääntyy.

Ongelma on siinä, että käämi, jolla on kiinteä virta, kääntyy kentän suuntaiseksi ja pysähtyy siihen. Kommutaattori estää sen. Kun ankkuri pyörii, jokainen harja liukuu segmentistä toiseen kääntäen virran kyseisessä kelassa, kun se ylittää neutraalitason. Kelan napaisuus kääntyy, joten voima työntää roottoria samalla tavalla. Jokaisella kelalla tämä käännös tapahtuu kahdesti kierrosta kohti, ja ajoitus määräytyy pelkästään geometrian mukaan: segmentin leveys, harjan leveys ja harjan sijainti.

Mitä kukin osa tekee ja mitkä oireet viittaavat siihen

Kun harjattu moottori ei toimi, vika on yleensä jossakin viidestä paikasta, ja jokainen jättää oman sormenjäljen.

Kosketuspinnalla on yhtä paljon merkitystä kuin itse osilla. Ohut, tasainen, tumma kalvo kommutaattorissa pitää valokaaren matalana; kirkas kuiva kupari tarkoittaa yleensä sitä, että harjalaatu on liian hankaavaa tai että moottori käy liian kevyesti pitkiä aikoja.

Miksi virta kääntyy kahdesti vallankumousta kohti

1. Syöttövirta tulee positiivisen harjan kautta sitä koskettavaan kommutaattorisegmenttiin.
2. Tämä segmentti ohjaa virran yhden ankkurikäämin läpi, josta tulee sähkömagneetti, jolla on pohjois- ja eteläpää.
3. Staattorin pohjoisnapa hylkii sen pohjoispäätä ja vetää staattorin etelänapaan, joten ankkuri kääntyy.
4. Nollatasossa harja ylittää segmenttien välisen eristetyn raon, ja siihen kelaan menevä virta katkeaa hetkeksi.
5. Seuraava segmentti ottaa vallan, ja virran suunta kelan läpi on nyt päinvastainen.
6. Kelan navat ovat vaihtuneet, joten voima jatkaa työntämistä samaan pyörimissuuntaan sen sijaan, että jarruttaa akselia.

Harjattu moottori on pyörivä kytkin, jonka ympärille on pultattu magneetti. Harjapöly, harjan käyttöikä, radiotaajuinen melu ja käytännöllinen nopeuden enimmäismäärä tulevat kaikki tuosta kytkimestä, samoin kuin alhainen hinta.

Vaihe neljä on sinne, missä suunnittelutyö menee. Lyhyen katkoksen aikana kelan induktanssi yrittää pitää virran käynnissä ja sen energian on mentävä jonnekin: pieni kaari harjan pinnalla, vähän lämpöä tai jännitepiikki, jonka vaimennuskondensaattori absorboi. Harjalaatu, jousen paine ja segmenttien etäisyys on valittu pitämään kaari riittävän pienenä kestämään tuhansia tunteja.

Nopeus, vääntömomentti ja taka-EMF: Numeroiden lukeminen oikein

Magneettikentän sisällä oleva pyörivä kela on myös generaattori. Sen tuottama jännite vastustaa syöttöä ja sitä kutsutaan takaisin EMF:ksi, ja se kasvaa nopeasti. Aritmetiikka on helppo nähdä.

Ota 12 V:n harjattu moottori, jonka ankkurivastus on 1,2 ohmia. Heti kun kytkin sulkeutuu, roottori on paikallaan, taka-EMF on nolla ja käämitys voi vetää noin 10 A. Sekunnin murto-osan kuluttua, kun nopeus on lähellä 3 000 rpm, taka-EMF on saattanut nousta noin 10,5 V:iin, jättäen vain 1,5 V resistanssiin tai noin 1,25 A. Käynnistysvirta ja käynnissä oleva virta ovat eri kokoisia jokaisella virtalähteellä. aloita.

• Vapaakäyntinopeus mitataan ilman, että akselilla on mitään; luettelosivulla ilmoitettu nopeus on yleensä arvo nimelliskuormalla, joka on pienempi.
• Toleranssit ovat todellisia. Plus tai miinus 10 prosentin ikkuna tyhjäkäynnillä on normaalia, ja se muuttaa ilmavirtaa, virrankulutusta ja melua valmiissa laitteessa.
• Pysähdysmomentti on korkeintaan muutaman sekunnin huippuluku. Se on hyödyllinen sulakkeen mitoituksessa, ei jatkuvan käytön kuvaamisessa.

Missä harjatut moottorit voittivat edelleen laitesuunnittelussa

Elektroniikkavapaa kommutointi ostaa tietyn joukon etuja, ja niillä on silti merkitystä kustannusherkissä tuotteissa:

• Alhaisin yksikköhinta wattia kohden akselitehoa, erityisesti välillä 5 W - 150 W.
• Luotettava käynnistysmomentti; moottori vetää kovaa nollanopeudesta ilman säädintä.
• Nopeudensäätö yhdellä PWM-portaan, sarjavastuksen tai säätöjännitteen avulla.
• Suunnan vaihto vaihtamalla kaksi johtoa.
• Siro käyttäytyminen akun jännitteen laskeessa.

Tämä yhdistelmä pitää harjatut moottorit pöytäpuhaltimissa, haihdutusilman jäähdyttimissä, pienissä tuuletinlämmittimissä, arvokkaissa keittiön liesituulettimissa, vesipumpuissa ja pitkässä luettelossa autotarvikkeita.

Laitevalmistajat, jotka vertaavat käyttölaitteita ilmanliikkeen suhteen, arvioivat yleensä molemmat tyypit ennen mallin lukitsemista. Esimerkiksi pakkokiertoisilla jäähdyttimillä ja pöytätuulettimilla on nyt DC-vaihtoehtoja, jotka toimivat vaihtelevalla nopeudella.

Harjan kuluminen, lämpö ja sähkömelu: rehelliset kompromissit

Harjan käyttöikä on ensimmäinen asia, joka on mitattava, koska se asettaa huoltolupauksen, jonka voit antaa. Laitekäyttöisten moottoreiden pienet hiiliharjat kestävät yleensä jossain 500–2 000 käyttötuntia, ja valikoima on laaja hyvästä syystä: koko päivän käynnistyvä ja pysähtyvä moottori kuluu nopeammin kuin jatkuvatoiminen, koska suuri osa harjahäviöstä tapahtuu käynnistyskaaressa.

Lämpö on toinen ongelma. Häviöitä esiintyy kuparissa, raudassa ja harjan pinnassa, ja roottorilla on huonoin reitti ulkoilmaan. Käämin eristysluokka, ei kotelon lämpötila, asettaa jatkuvan käytön todellisen rajan. Sähköinen kohina on kolmas: jokainen kaari harjan pinnalla on pieni laajakaistalähetin, minkä vuoksi harjatut moottorit toimitetaan usein jo asennettuina vaimennuskondensaattoreina tai kuristimissa.

Harjatun moottorin määrittäminen: Käytännön ostajan tarkistuslista

Kaksi toimittajaa voivat molemmat ilmoittaa "12 V, 3000 rpm" ja silti toimittaa moottoreita, jotka käyttäytyvät eri tavalla samassa laitteessa, koska toinen luku ilmoitetaan kuormittamattomana ja toinen tietyllä vääntömomentilla. Pyydä latauspiste kirjallisesti.

• Nimellisjännite sekä alue, jonka sovellus todella näkee.
• Nopeus ilman kuormitusta ja tyhjävirtavirta.
• Nopeus, vääntömomentti ja virta aiotussa toimintapisteessä.
• Pysäytysmomentti ja aikaraja, kuinka kauan sitä voidaan pitää.
• Harjaa käyttöikätavoite tunneissa todellisessa käyttöjaksossasi.
• Jatkuva tai ajoittainen päivystys ja odotettavissa olevat aloitukset tunnissa.
• Eristysluokka ja käämin maksimilämpötila.
• Vaimennuskomponentit asennettu ja ne täyttävät päästöstandardit.
• Akselin halkaisija, pituus ja toleranssi sekä laippa- ja ruuvikuvio.
• Akustinen melu dB(A) kuormituspisteessä ilmoitetulla etäisyydellä.
• Kohdemarkkinoilla vaaditaan sertifikaatit.

Se auttaa myös työskentelemään a pienten sähkömoottorien toimittaja joka rakentuu piirustukseen tai näytteeseen sen sijaan, että toimittaisi vain luettelotuotteita, koska kaksi millimetriä akselin pituus tai erilainen harjalaatu on usein ero sopivan moottorin ja sellaisen moottorin välillä, joka ei sovi. Miten kommutaattori ja harjakokoonpano käyttäytyy todellisessa kuormituksessa, kannattaa tarkistaa ennen piirustuksen allekirjoittamista.

Harjattu vai harjaton: Valitse katumatta

Päätös perustuu yleensä käyttömäärään ja ohjausvaatimuksiin eikä raakaan suorituskykyyn.

Keittiön ilmanvaihto näyttää muutoksen selkeästi: liesituulettimet toimivat pitkiä ja epäsäännöllisiä aikoja, ja ne arvioidaan melun perusteella alhaisella nopeudella, joten vaihtuvanopeuksiset DC-käytöt ovat ottaneet kasvavan osan markkinoista.