Предметы:
- введение
- Принцип работы электродвигателей
- Электродвигатель постоянного тока с угольными щетками
- Электродвигатель постоянного тока без угольных щеток
Инлейдинг:
Электродвигатели встречаются во все большем количестве мест в автомобиле. В электродвигателе электрический ток преобразуется в движение и тепло. Мы находим электродвигатель в регулировке зеркал и сиденья, а также в качестве двигателя стеклоочистителя на механизме стеклоочистителя или в качестве стартера. Эти электродвигатели работают при напряжении от 12 до 14 вольт. На этой странице мы ограничиваемся электродвигателями внутри и снаружи.
Электродвигатели также обеспечивают (частично) электрическую тягу в гибридных и полностью электрических транспортных средствах. Данный тип электродвигателя обсуждается на странице: Высоковольтные электродвигатели.
Электродвигатели постоянного тока можно разделить на:
- Электродвигатель с угольными щетками (электромагнитное поле и якорь)
- Серийные электродвигатели;
- Параллельные электродвигатели;
- Бесщеточные электродвигатели.
Принцип работы электродвигателей:
В электродвигателе электрический ток преобразуется во вращательное движение. Движение вызвано двумя магнитными полюсами, притягивающими или отталкивающими друг друга:
- Северный полюс и южный полюс притягивают друг друга;
- Два северных полюса отталкивают друг друга;
- Два южных полюса отталкивают друг друга.
Магнит имеет северный и южный полюс с противоположными зарядами. Когда этот магнит сломан пополам, у вас сразу не два отдельных полюса, а два новых магнита, как с северным, так и с южным полюсом.
Несколько магнитных полюсов (северный и южный) закреплены на корпусе. Между северным и южным полюсами существует магнитное поле. Выходной вал (якорь) вращается за счет изменения магнитного поля.
В электродвигателе два одноименных полюса постоянно располагаются друг напротив друга с помощью (обычно) постоянных магнитов, или же электромагнитов. Поскольку одноименные полюса отталкиваются друг от друга, создается движение.
Электродвигатель постоянного тока с угольными щетками:
Почти все электродвигатели в автомобильной технике спроектированы как двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и угольными щетками. В этом типе электродвигателей мы находим следующие магниты:
- Постоянные магниты (один северный полюс и один южный полюс): между ними существует стационарное магнитное поле;
- Катушки: при этом создается электромагнитное поле. В катушках создается вращающееся электромагнитное поле.
Постоянные магниты расположены слева и справа от ротора и состоят из одного северного и одного южного полюсов. Между этим северным и южным полюсом существует стационарное магнитное поле, которое не меняется, когда электродвигатель работает или стоит на месте.
Вращающееся электромагнитное поле создается в катушках, как только через них протекает ток. Ток подается и отводится угольными щетками через коммутатор.
Изменение направления тока осуществляется посредством коммутации: две угольные щетки тянутся по коллектору, состоящему из плюсовой и минусовой сторон. Угольная щетка на плюсовой стороне проводит ток к проводнику (зеленые стрелки на рисунке). Ток покидает проводник через угольную щетку на отрицательной стороне. Ток, текущий через проводник, создает электромагнитное поле.
Между возникающим магнетизмом в якоре (проводнике) и полем (постоянными магнитами) создается сила (красные стрелки на изображении). Эта сила заставляет якорь и коллектор вращаться вокруг своей оси. Затем угольные щетки ударяются о другую часть коллектора, изменяя направление тока в якоре на противоположное. Магнитное поле и сила создаются в одном направлении, так что якорь снова вращается вокруг своей оси.
Мы можем изменить направление вращения электродвигателя (читай: якоря), поменяв местами плюс и минус угольных щеток.
Обмен плюса и минуса можно осуществить с помощью H-моста.
- ЭБУ (1) одновременно управляет двумя из четырех транзисторов или полевых транзисторов (4);
- Полевые транзисторы (2) подают на электродвигатель (3) плюс и массу. В зависимости от того, какие два полевых транзистора включены, верхняя угольная щетка положительна, а нижняя заземлена, или наоборот;
- Потенциометр рядом с электродвигателем регистрирует положение и направление вращения. Не все электродвигатели оснащены потенциометром.
Посмотреть страницу H-мост о возможных конструкциях и методах коммутации H-моста.
Электродвигатель постоянного тока без угольных щеток:
Бесщеточный двигатель постоянного тока (DC) является синхронным двигателем. Электрическое управление заменило угольные щетки. Этот тип электродвигателя очень похож на синхронный двигатель переменного тока с постоянными магнитами, используемый в электродвигателях. силовая установка электромобилей. Основное различие между двумя двигателями заключается в управлении: двигатель переменного тока управляется модулированным синусоидальным переменным напряжением, а двигатель постоянного тока - прямоугольным напряжением.
Статор часто содержит три или шесть катушек (U, V и W), а ротор представляет собой постоянный магнит. На изображении ниже показана схематическая структура двигателя постоянного тока с изменением напряжения через три катушки. На самом деле между полюсами установлено несколько датчиков Холла для определения положения ротора.
Блок управления определяет, какими катушками он должен управлять, исходя из положения ротора.
На следующем изображении катушка U+ находится под напряжением. То, как катушка наматывается на полюс, определяет, будет ли это северный или южный полюс. В этом примере U+ — это северный полюс, а U- — южный полюс.
Ротор выполнен в виде постоянного магнита. Как описано в предыдущих параграфах, положение или поворот ротора происходит в результате изменения магнитного поля через катушки.
Чтобы повернуть ротор против часовой стрелки из положения, показанного на предыдущем рисунке, на V-образные катушки подается питание.
V+ становится северным полюсом, V- южным полюсом. Ротор с постоянным магнитом вращается;
северный и южный полюса притягивают друг друга, как и южный и северный полюса на другой стороне магнита.
Теперь на катушки W подается напряжение, позволяющее повернуть ротор еще на 60 градусов.
Катушка W+ становится северным полюсом, а W- южным полюсом. Ротор поворачивается и занимает новое положение.
Ротор на следующем изображении повернулся на 180 градусов с момента первой ситуации; на первом изображении южный полюс был направлен вверх; теперь это Северный полюс.
Полярность катушек U+ и катушек U- меняется, в результате чего ток течет через катушки в обратном направлении. Это делает U+ южным полюсом, а U- северным полюсом.
Ротор с постоянным магнитом вращается дальше за счет изменения магнитного поля.
Чтобы снова повернуть ротор на 60 градусов, V- делается северным полюсом, а V+ — южным полюсом. Ротор занимает новое положение.
Ротор снова поворачивается на 60 градусов в результате изменения магнитного поля в катушках:
Катушка W- — это северный полюс, а W+ — южный полюс.
В шести описанных выше ситуациях две катушки постоянно находятся под напряжением одновременно. Мы также часто встречаем бесщеточные двигатели постоянного тока с тремя катушками вместо шести. При трех катушках катушки U, V и W также подаются под напряжением одна за другой, но смены полярности не происходит.
Бесщеточный двигатель постоянного тока — это мощный двигатель, подходящий для применений, где требуется высокий крутящий момент как для запуска, так и для средней и высокой скорости. Бесщеточный двигатель постоянного тока и шаговый двигатель часто путают. Это неудивительно, ведь работа и управление двигателей имеют много общего: оба двигателя приводятся в движение за счет создания магнитного поля между катушками и ротором с постоянными магнитами. Тем не менее, помимо терминологии, оба двигателя имеют существенные различия, главным образом в применении и, следовательно, выборе материалов.
Шаговый двигатель по сути представляет собой бесщеточный двигатель постоянного тока, но он применяется в другой области. В то время как двигатель постоянного тока в основном используется для длительной работы на высоких скоростях, мы видим шаговый двигатель в приложениях, где регулировка в точном положении является наиболее важной.
Показанный двигатель постоянного тока управляется при каждом вращении ротора на 60°. Его можно было бы уменьшить до 30°, если бы мы одновременно включили четыре катушки между каждым элементом управления, получив таким образом промежуточное положение. Однако шаговый двигатель способен регулировать шаг от 1,8° до 0,9°. Это также показывает, что шаговый двигатель подходит для очень точных положений.
Различные версии, методы управления ЭБУ и приложения можно найти на странице шаговый двигатель.
