Как работает коллекторный двигатель постоянного тока? Инженерное руководство по микрощеточным двигателям

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока: краткий ответ

Нажмите на курок аккумуляторной отвертки, и крошечный коллекторный электродвигатель постоянного тока почти мгновенно создаст крутящий момент. Благодаря такому быстрому реагированию в сочетании с низкой стоимостью и простым управлением скоростью коллекторные двигатели до сих пор используются во многих повседневных продуктах.

Принцип работы умещается в один абзац. Электрический ток поступает через две угольные щетки, которые скользят по сегментированному медному коллектору, установленному на валу. Коммутатор подает ток в катушки, намотанные на ротор. Эти катушки генерируют магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита статора, создавая вращение. Непосредственно перед тем, как ротор выравнивается с полем статора, сегменты коллектора меняют контакт со щетками и меняют направление тока в катушках. Это разворот, называемый коммутацией, выталкивает ротор за мертвую точку и удерживает его вращающимся в том же направлении.

Каждый микрощеточный двигатель постоянного тока, от компактной серии 300 до более крупной серии 900, изготовленный на заводе Yuyao Hongyang Micromotor, работает на одном и том же электромеханическом принципе.

Основные компоненты микрощеточного двигателя постоянного тока

Коллекторный электродвигатель постоянного тока состоит из четырех функциональных частей. В таблице ниже кратко описаны все части и их роль; В двух следующих подразделах объясняются детали, которые имеют значение при сравнении двигателей разных поставщиков.

Статор и ротор: откуда берется крутящий момент

В щеточном двигателе с постоянными магнитами статор использует изогнутые магниты для создания фиксированного поля в воздушном зазоре. Ротор находится внутри этого поля. Когда ток протекает через обмотки ротора, каждая катушка ведет себя как электромагнит. Притяжение и отталкивание между полем ротора и полем статора создают крутящий момент на валу.

Коммутатор и щетки: механический переключатель

Коллектор – это то, что отличает коллекторный двигатель от любого другого типа двигателя постоянного тока. При вращении ротора различные сегменты коллектора соприкасаются с неподвижными щетками. Переключение происходит в угловом положении, в котором катушка находится в одной плоскости с полем статора, и это точка, в которой в противном случае крутящий момент упал бы до нуля. Таким образом, пара щетка-коллектор действует как поворотный переключатель, синхронизированный с положением ротора, без какого-либо внешнего датчика или схемы управления.

Шаг за шагом: как вращается коллекторный двигатель постоянного тока

Чтобы ясно увидеть последовательность действий, представьте себе простой двухполюсный двигатель. Последовательность повторяется дважды за оборот, поскольку каждая пара катушек переключается каждые пол-оборота.

1. Постоянное напряжение подается на две клеммы, которые подключены к щеткам.
2. Положительная щетка контактирует с сегментом коммутатора, и ток течет в обмотку ротора; отрицательная щетка замыкает цепь.
3. Ток в обмотке создает магнитную ось ротора. Поскольку магниты статора фиксированы, магнитные силы вращают ротор в направлении выравнивания с полем статора.
4. В точке совмещения сегменты коллектора проходят под щетками и направление тока в обмотке меняется на противоположное. Магнитная полярность ротора меняется, поэтому вместо остановки ротор выталкивается за мертвую точку и продолжает вращаться.
5. Последовательность повторяется, обеспечивая непрерывное вращение, пока подается питание постоянного тока.

Из этой конструкции следуют два следствия. Во-первых, для управления двигателем не требуется никакого электронного контроллера; щетки делают это механически. Во-вторых, вращающиеся обмотки генерируют обратную электродвижущую силу, противодействующую напряжению питания. Обратная ЭДС растет с увеличением скорости, поэтому свободно вращающийся двигатель потребляет небольшой ток, а заглохший двигатель потребляет максимальный ток.

Крутящий момент, скорость и состояние остановки

Большинство инженеров, которые обращаются к производителю микродвигателей, хотят одного и того же: двигатель, который вписывается в доступное пространство и обеспечивает правильный крутящий момент на правильной скорости без перегрева.

Два соотношения определяют поведение коллекторного двигателя постоянного тока. Крутящий момент пропорционален току якоря и магнитному потоку статора. Скорость пропорциональна напряжению, приложенному к якорю, за вычетом падения напряжения на сопротивлении обмотки. Проще говоря, нагружайте вал, и двигатель замедляется и потребляет больше тока; поднимите напряжение, и скорость двигателя увеличится, в то время как крутящий момент останется примерно линейным с током.

Эти отношения также показывают, где находятся риски. Двигатель, работающий ниже номинальной нагрузки, безопасен. Двигатель, работающий выше номинальной мощности или остановившийся, может перегреть изоляцию обмотки, повредить коммутатор и размагнитить магниты статора. При выборе двигателя номинальный крутящий момент и соответствующий номинальный ток имеют большее значение, чем скорость холостого хода.

Продукты, перемещающие воздух, иллюстрируют этот компромисс. Крыльчатка вентилятора представляет собой нагрузку, которая увеличивается с увеличением скорости; если двигателю не хватает запаса крутящего момента в рабочей точке, рабочее колесо замедляется и ток возрастает. Коллекторный двигатель постоянного тока RS360 с высоким крутящим моментом для вентиляторов является примером двигателя, намеренно намотанного и намагниченного для такой схемы нагрузки, что дает рабочему колесу достаточный запас без попадания тока обмотки в опасную зону.

Оптовый двигатель постоянного тока с микрощеткой для поставщиков насосов, завод Как китайский поставщик микродвигателей постоянного тока для насосов и завод RS-360 с малым щеточным двигателем постоянного тока для воздушных насосов, Yuyao Hongyang Micromotor Co., Ltd. Посмотреть продукт →

Матовый и бесщеточный: что означает сравнение

Любой, кто покупает микродвигатели постоянного тока, увидит бесщеточные альтернативы, и выбор не всегда очевиден. В таблице ниже сравниваются факторы, влияющие на стоимость, надежность и удобство использования продукта.

Вывод практический, а не теоретический. Если ваш продукт имеет прерывистый рабочий цикл, работает при низком напряжении и конкурирует по стоимости, коллекторный двигатель обычно является лучшим инженерным выбором. Если двигатель работает по несколько часов каждый день, а эффективность является аргументом в пользу продаж, бесщеточный двигатель становится привлекательным. Именно поэтому производители держат в своем ассортименте обе технологии и почему ответ зависит от профиля нагрузки, а не от моды.

В бытовой технике, где пользователи сидят близко к изделию, шум щеток быстро вызывает жалобы. RS380SL бесшумный коллекторный двигатель постоянного тока для домашнего применения — это тихий вариант, созданный для такой среды, где несколько децибел шума щетки решают, будет ли продукт считаться премиальным или дешевым.

Оптовый микрощеточный двигатель PMDC для кофеварок Поставщики, Фабрика Yuyao Hongyang Micromotor Co., Ltd. является китайским поставщиком двигателей Micro PMDC и фабрикой RS-380SL с щеточным двигателем PMDC для кофеварок, мы... Посмотреть продукт →

Выбор коллекторного двигателя постоянного тока для вашего продукта

Поскольку микрощеточный двигатель всегда является частью более крупной системы, выбор начинается с нагрузки, а не с каталога двигателей. Стоит отметить три шаблона применения.

Согласование двигателя с нагрузкой

Электроинструменты, такие как электрические отвертки требуют высокого крутящего момента на низкой скорости и допускают кратковременные перегрузки; Высокий пусковой момент коллекторного двигателя – это именно то, что ему нужно. Товары для дома, такие как роботы-пылесосы им необходимы компактные размеры, умеренный срок службы и низкий уровень шума, поэтому качество щетки и отделка коллектора имеют такое же значение, как и базовая магнитная конструкция. Автоматизированное оборудование, такое как торговые автоматы работает в длительных рабочих циклах, а потребление тока плюс рассеивание тепла определяют, выживет ли двигатель внутри герметичного корпуса.

Проверка микродвигателя перед объемными заказами

После того, как у вас будет короткий список, соответствующий вашему механическому конверту, проверьте эти параметры на образцах, прежде чем размещать объемный заказ:

• Номинальное напряжение и потребляемый ток при номинальной нагрузке. Разница в токе между образцами в 20 процентов указывает на несогласованность обмотки или магнита.
• Скорость холостого хода, номинальная скорость и момент срыва. Сравните их с вашей кривой нагрузки, а не только с таблицей данных.
• Акустический шум, указанный в дБ(А). Для бытовой техники это спецификация первой линии; двигатель, который механически совершенен, но слышен, не пройдет обзор продукта.
• Срок службы в часах, проверенный при том же рабочем цикле, который вы собираетесь использовать. Двигатель, рассчитанный на непрерывную работу, может быстро выйти из строя при агрессивной последовательности пуска и остановки.
• Соответствие материалов вашему целевому рынку. Покупатели микродвигателей обычно требуют соблюдения стандартов производства ISO 9001, RoHS и REACH.
• Настройка вала и клемм. Плоский вал, ведущая шестерня, длина подводящего провода и тип разъема часто определяют разницу между вставным двигателем и нестандартным вариантом.

Кофемашины — хороший пример того, почему важен дизайн, ориентированный на конкретный продукт. Машина включается и выключается много раз в день, и пользователи замечают вибрацию и щелчки двигателя. Гладкий коллекторный двигатель постоянного тока RS550SL для кофемашин нацелен именно на этот профиль с низким уровнем вибрации и стабильным стартовым поведением.

Оптовый малошумный щеточный двигатель постоянного тока RS-550SL для измельчителей бумаги Поставщики, Facto Yuyao Hongyang Micromotor Co., Ltd. - это оптовый китайский малошумный щеточный двигатель постоянного тока RS-550SL для измельчителей бумаги, поставщики и фабрики, подробно ... Посмотреть продукт →

Компания Yuyao Hongyang Micromotor с 1988 года производит микрощеточные двигатели постоянного тока серий 300, 500, 700, 800 и 900 с годовой производительностью более 10 миллионов единиц. Какого бы поставщика вы ни оценивали, запросите данные испытаний по кривым крутящий момент-скорость, акустическому шуму и долговечности. Ответы расскажут вам больше о производственном процессе, чем любое рекламное описание.