Предмети:
- Вступ
- Принцип роботи електродвигунів
- Електродвигун постійного струму з вугільними щітками
- Електродвигун постійного струму без вугільних щіток
Вступ:
Ми знаходимо електродвигуни в автомобілях дедалі частіше. В електродвигуні електричний струм перетворюється на рух і тепло. Ми знаходимо електродвигун у регулюванні дзеркал і сидінь, а також як двигун склоочисника на механізмі склоочисника або як стартер. Ці електродвигуни працюють при напрузі від 12 до 14 вольт. На цій сторінці ми обмежуємося лише електродвигунами в салоні та екстер’єрі.
Електродвигуни також забезпечують (частково) електричну тягу в гібридних і повністю електричних автомобілях. Цей тип електродвигуна розглядається на сторінці: Електродвигуни ВН.
Ми можемо розділити електродвигуни постійного струму на:
- Електродвигун з вугільними щітками (електромагнітне поле і арматура)
- Електродвигуни серії;
- Паралельні електродвигуни;
- Безщіточні електродвигуни.
Принцип роботи електродвигунів:
В електродвигуні електричний струм перетворюється на обертовий рух. Рух викликаний двома магнітними полюсами, які притягуються або відштовхуються один від одного:
- Північний полюс і південний полюс притягуються один до одного;
- Два північних полюси відштовхуються один від одного;
- Два південних полюси відштовхуються один від одного.
Магніт має північний і південний полюси з протилежними зарядами. Коли цей магніт розламується навпіл, у вас раптом з’являються не два окремих полюси, а два нових магніти, обидва з північним і південним полюсами.
Кілька магнітних полюсів (північний і південний) закріплені на корпусі. Між північним і південним полюсами існує магнітне поле. Вихідний вал (якір) обертається внаслідок зміни магнітного поля.
В електродвигуні два однойменних полюси постійно розміщуються один проти одного за допомогою (зазвичай) постійних магнітів або електромагнітів. Оскільки однойменні полюси відштовхуються один від одного, створюється рух.
Електродвигун постійного струму з вугільними щітками:
Майже всі електродвигуни в автомобільній техніці розроблені як двигуни постійного струму з постійними магнітами та вугільними щітками. У цьому типі електродвигунів ми знаходимо такі магніти:
- Постійні магніти (один північний полюс і один південний полюс): між ними існує нерухоме магнітне поле;
- Котушки: у них створюється електромагнітне поле. Обертове електромагнітне поле створюється в котушках.
Постійні магніти розташовані зліва і справа від ротора і складаються з одного північного полюса і одного південного полюса. Між цим північним і південним полюсами існує стаціонарне магнітне поле, яке не змінюється, коли електродвигун працює або стоїть на місці.
Обертове електромагнітне поле створюється в котушках, як тільки через них проходить струм. Подача і відведення струму здійснюється вугільними щітками через комутатор.
Зміна напрямку струму здійснюється за допомогою комутації: дві вугільні щітки тягнуться за комутатор, який складається з плюса та мінуса. Вугільна щітка на плюсовій стороні проводить струм до провідника (на малюнку зелені стрілки). Струм виходить з провідника через вугільну щітку на мінусовій стороні. Струм, що протікає по провіднику, створює електромагнітне поле.
Між результуючим магнетизмом у арматурі (провідник) і полем (постійні магніти) (червоні стрілки на зображенні) створюється сила. Ця сила змушує якір і комутатор обертатися навколо своєї осі. Потім вугільні щітки торкаються іншої частини комутатора, змінюючи напрямок струму в якорі. Магнітне поле і сила створюються в одному напрямку, так що арматура знову обертається навколо своєї осі.
Ми можемо змінити напрямок обертання електродвигуна (читай якоря), помінявши місцями плюс і мінус вугільних щіток.
Поміняти плюс і мінус можна за допомогою Н-подібного моста.
- ЕБУ (1) одночасно керує двома з чотирьох транзисторів або польових транзисторів (4);
- На польових транзисторах (2) електродвигун (3) отримує плюс і землю. Залежно від того, які два польових транзистора увімкнено, верхня вугільна щітка є позитивною, а нижня - шліфованою, або навпаки;
- Потенціометр поруч з електродвигуном реєструє положення і напрямок обертання. Не всі електродвигуни оснащені потенціометром.
Перегляньте сторінку Н-міст для можливих конструкцій і методів комутації H-мосту.
Електродвигун постійного струму без вугільних щіток:
Безщітковий двигун постійного струму (DC) є синхронним двигуном. Електроуправління замінило вугільні щітки. Цей тип електродвигуна дуже схожий на синхронний двигун змінного струму з постійними магнітами, який використовується в трансмісія електромобілів. Основна відмінність між двома двигунами полягає в управлінні: двигун змінного струму керується модульованою синусоїдальною змінною напругою, а двигун постійного струму – прямокутною напругою.
Статор часто містить три або шість котушок (U, V і W), а ротор є постійним магнітом. На зображенні нижче показано схематичну структуру двигуна постійного струму з прогресією напруги через три котушки. Насправді для визначення положення ротора між полюсами встановлено кілька датчиків Холла.
Блок керування визначає, якими котушками він повинен керувати, виходячи з положення ротора.
На наступному зображенні котушка U+ під напругою. Спосіб намотування котушки навколо полюса визначає, чи буде це полюс північним чи південним. У цьому прикладі U+ — це північний полюс, а U- — південний полюс.
Ротор виконаний у вигляді постійного магніту. Як описано в попередніх параграфах, ротор позиціонується або обертається в результаті змінного магнітного поля через котушки.
Щоб обертати ротор проти годинникової стрілки з положення, показаного на попередньому малюнку, V-подібні котушки подають напругу.
V+ стає північним полюсом, V- південним. Ротор постійного магніту обертається;
північний і південний полюси притягуються один до одного, як і південний і північний полюси по інший бік магніту.
Тепер котушки W живляться, щоб повернути ротор ще на 60 градусів.
Котушка W+ стає північним полюсом, а W- — південним. Ротор повертається і приймає нове положення.
Ротор на наступному зображенні повернувся на 180 градусів з першої ситуації; на першому зображенні південний полюс був спрямований вгору; тепер це Північний полюс.
Полярність котушок U+ і U- змінюється, внаслідок чого струм протікає через котушки у зворотному напрямку. Це робить U+ південним полюсом, а U- — північним.
Ротор з постійним магнітом обертається далі за рахунок зміни магнітного поля.
Щоб знову повернути ротор на 60 градусів, V- робиться північним полюсом, а V+ — південним. Ротор займає нове положення.
Знову ротор повертається на 60 градусів в результаті зміни магнітного поля в котушках:
Котушка W – це північний полюс, а W+ – південний полюс.
У шести ситуаціях, описаних вище, дві котушки постійно знаходяться під напругою одночасно. Ми також часто зустрічаємо безщіточні двигуни постійного струму з трьома котушками замість шести. З трьома котушками котушки U, V і W також подаються під напругою одна за одною, але полярність не змінюється.
Безщітковий двигун постійного струму — це потужний двигун, який підходить для застосувань, де потрібен високий крутний момент як для запуску, так і для середньої та високої швидкості. Безщітковий двигун постійного струму і кроковий двигун часто плутають. Це й не дивно, адже робота та управління двигунами мають багато подібності: обидва двигуни приводяться в дію за допомогою створення магнітного поля між котушками та ротором за допомогою постійних магнітів. Проте, крім термінології, обидва двигуни мають значні відмінності, головним чином у застосуванні та, отже, у виборі матеріалів.
Кроковий двигун в основному є безщітковим двигуном постійного струму, але він застосовується в іншій сфері. Якщо двигун постійного струму в основному використовується для тривалої роботи на високих швидкостях, ми бачимо кроковий двигун у додатках, де найбільш важливим є налаштування точного положення.
Показаний двигун постійного струму керується кожним поворотом ротора на 60°. Це можна було б зменшити до 30°, якщо ми активуємо чотири котушки одночасно між кожним контролем, отримуючи таким чином проміжне положення. Однак кроковий двигун може регулювати кроки від 1,8° до 0,9°. Це також показує, що кроковий двигун підходить для дуже точних позицій.
Різні версії, методи керування ECU та програми можна знайти на сторінці кроковий двигун.
Пов'язані сторінки:
