Temos:
- Įvadas
- Elektros variklių veikimo principas
- Nuolatinės srovės elektros variklis su angliniais šepetėliais
- Nuolatinės srovės elektros variklis be anglinių šepetėlių
Įvadas:
Vis daugiau automobilio vietų randame elektros variklius. Elektros variklyje elektros srovė paverčiama judesiu ir šiluma. Elektrinį variklį randame veidrodėlyje ir sėdynės reguliavime, bet ir kaip priekinio stiklo valytuvo variklį ant priekinio stiklo valytuvo mechanizmo arba kaip starterio variklį. Šie elektros varikliai veikia esant 12–14 voltų įtampai. Šiame puslapyje apsiribojame elektros varikliais interjere ir išorėje.
Elektriniai varikliai taip pat užtikrina (iš dalies) elektrinį variklį hibridinėse ir visiškai elektrinėse transporto priemonėse. Šio tipo elektros varikliai aptariami puslapyje: HV elektros varikliai.
Nuolatinės srovės elektros variklius galime suskirstyti į:
- Elektros variklis su angliniais šepetėliais (elektromagnetinis laukas ir armatūra)
- serijiniai elektros varikliai;
- Lygiagretūs elektros varikliai;
- Elektros varikliai be šepetėlių.
Elektros variklių veikimo principas:
Elektros variklyje elektros srovė paverčiama sukančiu judesiu. Judėjimą sukelia du vienas kitą traukiantys arba atstumiantys magnetiniai poliai:
- Šiaurės ašigalis ir pietų ašigalis traukia vienas kitą;
- Du šiaurės ašigaliai atstumia vienas kitą;
- Du pietų ašigaliai atstumia vienas kitą.
Magnetas turi šiaurinį ir pietinį polius su priešingais krūviais. Kai tas magnetas lūžta per pusę, staiga atsiranda ne du atskiri poliai, o du nauji magnetai, abu su šiauriniu ir pietų poliais.
Prie korpuso pritvirtinti keli magnetiniai poliai (šiaurės ir pietų). Tarp šiaurės ir pietų ašigalių yra magnetinis laukas. Išėjimo velenas (armatūra) sukasi dėl magnetinio lauko pokyčių.
Elektros variklyje du to paties pavadinimo poliai nuolat dedami vienas priešais kitą, naudojant (paprastai) nuolatinius arba elektromagnetus. Kadangi to paties pavadinimo poliai vienas kitą atstumia, susidaro judėjimas.
Nuolatinės srovės elektros variklis su angliniais šepetėliais:
Beveik visi automobilių technologijų elektros varikliai yra sukurti kaip nuolatinės srovės varikliai su nuolatiniais magnetais ir angliniais šepetėliais. Šio tipo elektros varikliuose randame šiuos magnetus:
- Nuolatiniai magnetai (vienas šiaurės polius ir vienas pietų polius): tarp jų yra stacionarus magnetinis laukas;
- Ritės: čia sukuriamas elektromagnetinis laukas. Ritėse sukuriamas besisukantis elektromagnetinis laukas.
Nuolatiniai magnetai yra kairėje ir dešinėje nuo rotoriaus ir susideda iš vieno šiaurinio poliaus ir vieno pietų polių. Tarp šio šiaurinio ir pietų ašigalių yra stacionarus magnetinis laukas, kuris nekinta elektros varikliui veikiant arba stovint vietoje.
Ritėse sukuriamas besisukantis elektromagnetinis laukas, kai tik per jas teka srovė. Srovę tiekia ir pašalina angliniai šepečiai per komutatorių.
Srovės krypties keitimas atliekamas komutacijos būdu: du angliniai šepetėliai velka per komutatorių, kurį sudaro pliuso ir minuso pusės. Anglies šepetėlis pliusinėje pusėje neša srovę į laidininką (paveikslėlyje yra žalios rodyklės). Srovė palieka laidininką per anglies šepetį neigiamoje pusėje. Srovė, tekanti per laidininką, sukuria elektromagnetinį lauką.
Jėga sukuriama tarp susidariusio magnetizmo armatūroje (laidininkas) ir lauko (nuolatiniai magnetai) (raudonos rodyklės paveikslėlyje). Dėl šios jėgos armatūra ir komutatorius sukasi apie savo ašį. Tada anglies šepečiai atsitrenkė į kitą komutatoriaus dalį, pakeisdami srovės kryptį armatūroje. Magnetinis laukas ir jėga sukuriami ta pačia kryptimi, todėl armatūra vėl sukasi aplink savo ašį.
Elektros variklio (skaitykite: armatūros) sukimosi kryptį galime pakeisti keisdami anglies šepetėlių pliusus ir minusus.
Sukeisti pliusą ir minusą galima naudojant H tiltelį.
- ECU (1) vienu metu valdo du iš keturių tranzistorių arba FET (4);
- FET (2) suteikia elektros varikliui (3) pliusą ir įžemina. Priklausomai nuo to, kurie du FET yra įjungti, viršutinis anglies šepetys yra teigiamas, o apatinis šlifuotas arba atvirkščiai;
- Potenciometras šalia elektros variklio registruoja sukimosi padėtį ir kryptį. Ne visi elektros varikliai turi potenciometrą.
Žiūrėkite puslapį H tiltas apie galimas H tilto konstrukcijas ir perjungimo būdus.
Nuolatinės srovės elektros variklis be anglinių šepetėlių:
Bešepetėlis nuolatinės srovės (DC) variklis yra sinchroninis variklis. Elektrinis valdiklis pakeitė anglinius šepetėlius. Šio tipo elektros varikliai yra labai panašūs į sinchroninį kintamosios srovės variklį su nuolatiniais magnetais, naudojamus elektrinių transporto priemonių jėgos pavara. Pagrindinis skirtumas tarp dviejų variklių yra valdymas: kintamosios srovės variklis valdomas moduliuota sinusine kintamąja įtampa, o nuolatinės srovės variklis – kvadratinės bangos įtampa.
Statoriuje dažnai yra trys arba šeši ritės (U, V ir W), o rotorius yra nuolatinis magnetas. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta scheminė nuolatinės srovės variklio struktūra su įtampos progresavimu per tris rites. Realiai tarp polių sumontuoti keli Holo jutikliai, skirti nustatyti rotoriaus padėtį.
Valdymo blokas nustato, kurias rites jis turi valdyti, atsižvelgdamas į rotoriaus padėtį.
Toliau pateiktame paveikslėlyje U+ ritė yra įjungta. Tai, kaip ritė yra apvyniota aplink ašigalį, lemia, ar tai bus šiaurinis, ar pietinis ašigalis. Šiame pavyzdyje U+ yra šiaurės ašigalis, o U- yra pietų ašigalis.
Rotorius sukurtas kaip nuolatinis magnetas. Kaip aprašyta ankstesnėse pastraipose, rotorius pasisuka arba sukasi dėl kintančio magnetinio lauko per rites.
Norint pasukti rotorių prieš laikrodžio rodyklę iš padėties, parodytos ankstesniame paveikslėlyje, V formos ritės įjungiamos.
V+ tampa šiaurės ašigaliu, V – pietų ašigaliu. Nuolatinio magneto rotorius sukasi;
šiaurės ir pietų poliai traukia vienas kitą, kaip ir pietų ir šiaurės poliai kitoje magneto pusėje.
Dabar W ritės įjungiamos, kad rotorius pasuktų dar 60 laipsnių.
W+ ritė tampa šiaurės ašigaliu, o W- pietų ašigaliu. Rotorius pasisuka ir užima naują padėtį.
Kitame paveikslėlyje esantis rotorius nuo pirmosios situacijos pasisuko 180 laipsnių; pirmame paveiksle pietų ašigalis buvo nukreiptas į viršų; dabar tai yra Šiaurės ašigalis.
U+ ritės ir U- ritės poliškumas yra atvirkštinis, todėl srovė ritėmis teka atvirkščiai. Dėl to U+ yra pietų ašigalis, o U- šiaurės ašigalis.
Rotorius su nuolatiniu magnetu sukasi toliau, pasikeitus magnetiniam laukui.
Norėdami vėl pasukti rotorių 60 laipsnių kampu, V- paverčiamas šiaurės ašigaliu, o V+ - pietų ašigaliu. Rotorius užima naują padėtį.
Dėl ritių magnetinio lauko pasikeitimo rotorius dar kartą pasisuka 60 laipsnių:
W- ritė yra šiaurės ašigalis, o W+ yra pietų ašigalis.
Šešiose aukščiau aprašytose situacijose dvi ritės yra nuolat maitinamos vienu metu. Taip pat dažnai randame bešepetėlių nuolatinės srovės variklius su trimis ritėmis, o ne šešiomis. Su trimis ritėmis U, V ir W ritės taip pat įjungiamos viena po kitos, tačiau poliškumas nesikeičia.
Bešepetėlis nuolatinės srovės variklis yra galingas variklis, tinkantis naudoti, kai reikalingas didelis sukimo momentas tiek paleidimui, tiek vidutiniam, tiek dideliu greičiu. Bešepetėlis nuolatinės srovės variklis ir žingsninis variklis dažnai painiojami. Tai nenuostabu, nes variklių veikimas ir valdymas turi daug panašumų: abu varikliai yra varomi sukuriant magnetinį lauką tarp ritių ir rotoriaus nuolatiniais magnetais. Tačiau, be terminijos, abu varikliai turi didelių skirtumų, daugiausia taikymo, taigi ir medžiagų pasirinkimo.
Žingsninis variklis iš esmės yra nuolatinės srovės variklis be šepetėlių, tačiau jis naudojamas kitoje srityje. Nors nuolatinės srovės variklis daugiausia naudojamas ilgalaikiam darbui dideliu greičiu, žingsninį variklį matome tais atvejais, kai svarbiausia nustatyti tikslią padėtį.
Rodomas nuolatinės srovės variklis valdomas kas 60° rotoriaus apsisukimą. Tai gali būti sumažinta iki 30 °, jei vienu metu tarp kiekvieno valdymo įjungsime keturias rites, taip gaudami tarpinę padėtį. Tačiau žingsninis variklis gali reguliuoti žingsnius nuo 1,8° iki 0,9°. Tai dar labiau parodo, kad žingsninis variklis yra tinkamas labai tikslioms padėčiai.
Puslapyje rasite skirtingas versijas, valdymo ECU būdus ir programas žingsninis variklis.
