Viðfangsefni:
- Inngangur
- Vinnureglur rafmótora
- DC rafmótor með kolefnisburstum
- DC rafmótor án kolbursta
Kynning:
Við finnum rafmótora á fleiri og fleiri stöðum í bílnum. Í rafmótor breytist rafstraumur í hreyfingu og hita. Við finnum rafmótor í spegli og sætisstillingu, en einnig sem rúðuþurrkumótor á rúðuþurrkubúnaðinum eða sem startmótor. Þessir rafmótorar starfa á 12 til 14 volta spennu. Á þessari síðu takmörkum við okkur við rafmótora að innan sem utan.
Rafmótorar veita einnig (að hluta) rafknúna knúna í tvinnbílum og rafknúnum ökutækjum. Fjallað er um þessa gerð rafmótora á síðunni: HV rafmótorar.
Við getum skipt DC rafmótorunum í:
- Rafmótor með kolefnisbursta (rafsegulsvið og armatur)
- Röð rafmótorar;
- Samhliða rafmótorar;
- Burstalausir rafmótorar.
Starfsregla rafmótora:
Í rafmótor er rafstraumi breytt í snúningshreyfingu. Hreyfingin stafar af tveimur segulskautum sem draga að eða hrekja hver annan frá sér:
- Norðurpóll og suðurpóll laða að;
- Tveir norðurskautar hrinda hvor öðrum frá;
- Tveir suðurskautar hrinda hvor öðrum frá sér.
Segull hefur norður- og suðurpól með gagnstæðum hleðslum. Þegar sá segull er brotinn í tvennt, þá ertu ekki allt í einu með tvo aðskilda póla, heldur tvo nýja segla, báða með norður- og suðurpól.
Margir segulskautar (norður og suður) eru festir við húsið. Það er segulsvið á milli norður- og suðurpóls. Úttaksskaftið (armaturen) snýst vegna breytinga á segulsviðinu.
Í rafmótor eru tveir samnefndir skautar stöðugt settir á móti hvor öðrum með (venjulega) varanlegum seglum, eða rafsegulum. Vegna þess að samnefndir skautar hrinda hver öðrum frá sér verður til hreyfing.
DC rafmótor með kolefnisbursta:
Næstum allir rafmótorar í bílatækni eru hannaðir sem DC mótorar með varanlegum seglum og kolefnisbursta. Í þessari tegund rafmótora finnum við eftirfarandi seglum:
- Varanlegir seglar (einn norðurpólur og einn suðurpóll): það er kyrrstætt segulsvið á milli þeirra;
- Spólur: í þessu myndast rafsegulsvið. Snúnings rafsegulsviðið myndast í spólunum.
Varanlegu seglarnir eru staðsettir til vinstri og hægri á snúningnum og samanstanda af einum norðurpól og einum suðurpól. Á milli þessa norður- og suðurpóls er kyrrstætt segulsvið sem breytist ekki þegar rafmótorinn er í gangi eða stendur kyrr.
Snúningsrafsegulsvið myndast í spólunum um leið og straumur fer í gegnum þær. Straumurinn er veittur og fjarlægður af kolefnisburstunum í gegnum commutator.
Snúið straumstefnunni við er gert með commutation: tveir kolefnisburstar dragast yfir commutator, sem samanstendur af plús og mínus hlið. Kolburstinn á plúshliðinni ber strauminn að leiðaranum (grænar örvar á myndinni). Straumurinn fer frá leiðaranum í gegnum kolefnisburstann á neikvæðu hliðinni. Straumurinn sem flæðir í gegnum leiðarann myndar rafsegulsvið.
Kraftur myndast á milli segulmagnsins sem myndast í armaturen (leiðaranum) og sviðinu (fasta seglunum) (rauður örvar á myndinni). Þessi kraftur veldur því að armature og commutator snúast um ás þeirra. Kolefnisburstarnir lenda síðan í hinum hluta commutatorsins og snúa við stefnu straumsins í armaturenu. Segulsviðið og krafturinn byggjast upp í sömu átt þannig að armaturen snýst aftur um ás sinn.
Við getum breytt snúningsstefnu rafmótorsins (lesið: armaturen) með því að snúa plús og mínus kolefnisbursta við.
Hægt er að skipta um plús og mínus með H-brú.
- ECU (1) stjórnar samtímis tveimur af fjórum smára eða FET (4);
- FET (2) gefa rafmótornum (3) plús og jörð. Það fer eftir því hvaða tvö FET eru kveikt á, efsti kolefnisburstinn er jákvæður og botninn er malaður, eða öfugt;
- Kraftmælirinn við hlið rafmótorsins skráir stöðu og snúningsstefnu. Ekki eru allir rafmótorar búnir potentiometer.
Sjá síðuna H-brú fyrir mögulega hönnun og skiptiaðferðir H-brúarinnar.
DC rafmótor án kolefnisbursta:
Burstalausi jafnstraumsmótorinn (DC) er samstilltur mótor. Rafmagnsstýringin hefur skipt um kolbursta. Þessi tegund af rafmótor er mjög svipuð samstilltum AC mótor með varanlegum seglum, eins og notaður er í aflrás rafknúinna ökutækja. Helsti munurinn á mótorunum tveimur er stjórnin: AC mótornum er stjórnað með mótuðum sinusoidal riðspennu og DC mótornum með ferhyrningsbylgjuspennu.
Statorinn inniheldur oft þrjár eða sex spólur (U, V og W) og snúningurinn er varanleg segull. Myndin hér að neðan sýnir skýringarmyndabyggingu DC mótorsins með spennuframvindu í gegnum spólurnar þrjár. Í raun og veru eru nokkrir Hall-skynjarar settir upp á milli skautanna til að ákvarða stöðu snúnings.
Stjórneiningin ákveður hvaða spólum hún á að stjórna miðað við stöðu snúnings.
Á eftirfarandi mynd er U+ spólan spennt. Það hvernig spólan er spóluð um pólinn ræður því hvort það verður norður- eða suðurpóll. Í þessu dæmi er U+ norðurpóllinn og U- er suðurpóllinn.
Rótorinn er hannaður sem varanleg segull. Eins og lýst er í fyrri málsgreinum, staðsetur eða snýst snúningurinn vegna breytts segulsviðs í gegnum spólurnar.
Til að snúa snúningnum rangsælis frá stöðunni sem sýnd er á fyrri myndinni eru V-spólurnar virkjaðar.
V+ verður norðurpóllinn, V- suðurpóllinn. Varanlegur segull snúningur snýst;
norður- og suðurpólar draga hver annan að sér, eins og suður- og norðurpólinn hinum megin við segulinn.
Nú eru W spólurnar virkjaðar til að snúa snúningnum um 60 gráður í viðbót.
W+ spólan verður að norðurpólnum og W- suðurpóllinn. Snúningurinn snýr sér og tekur nýja stöðu.
Snúðurinn á næstu mynd hefur snúist 180 gráður frá fyrstu stöðu; á fyrstu myndinni vísaði suðurpóllinn upp á við; nú er það norðurpóllinn.
Pólun U+ spólunnar og U-spólunnar snýst við, sem veldur því að straumurinn flæðir í gegnum spólurnar í öfugan farveg. Þetta gerir U+ að suðurpól og U- að norðurpól.
Snúinn með varanlegum segli er snúið frekar með breytingunni á segulsviðinu.
Til að snúa snúningnum aftur um 60 gráður er V- gert að norðurpól og V+ að suðurpól. Rotorinn tekur nýja stöðu.
Enn og aftur snýst snúningurinn 60 gráður vegna breytinga á segulsviði í spólunum:
W- spólan er norðurpóllinn og W+ er suðurpóllinn.
Í þeim sex aðstæðum sem lýst er hér að ofan eru tvær spólur stöðugt virkjaðar á sama tíma. Við finnum líka oft burstalausa DC mótora með þremur spólum í stað sex. Með þremur spólum eru U, V og W spólurnar einnig virkjaðar hver á eftir annarri, en það er engin breyting á pólun.
Burstalausi DC mótorinn er öflugur mótor sem hentar fyrir notkun þar sem mikils togs er krafist fyrir bæði gangsetningu, meðalhraða og mikinn hraða. Burstalausi DC mótorinn og stepper mótorinn er oft ruglað saman. Þetta kemur ekki á óvart, vegna þess að rekstur og stjórnun mótoranna hefur marga líkindi: báðir mótorar eru knúnir með því að búa til segulsvið á milli spólanna og snúningsins með varanlegum seglum. Samt, til viðbótar við hugtökin, er mikill munur á báðum vélunum, aðallega í notkun og þar af leiðandi efnisvali.
Stigmótorinn er í grundvallaratriðum burstalaus DC mótor, en hann er notaður á öðru sviði. Þó að DC mótorinn sé aðallega notaður til að keyra langtíma á miklum hraða, sjáum við skrefmótorinn í forritum þar sem aðlögun í nákvæmri stöðu er mikilvægust.
Jafnstraumsmótornum sem sýndur er er stjórnað á hverjum 60° snúningi snúningsins. Þetta gæti mögulega minnkað niður í 30° ef við virkum fjórar spólur samtímis á milli hverrar stýringar og fáum þannig millistöðu. Hins vegar er stigmótor fær um að stilla þrep frá 1,8° til 0,9°. Þetta sýnir ennfremur að stigmótorinn hentar fyrir mjög nákvæmar stöður.
Mismunandi útgáfur, stjórnunaraðferðir af ECU og forritin má finna á síðunni stigmótor.
Tengdar síður:
