Des del camp magnètic fins a la rotació: un article per entendre per què gira els motors de corrent continu

A l'article anterior, ja hem tingut una comprensió preliminar deQuè és un motor DC, en què consisteix la seva estructura bàsica i la seva àmplia gamma d'aplicacions a la vida i la indústria. En aquest article, explicarem amb més profunditat "Per què un motor de corrent continu pot girar i quin és el seu principi de treball".

 

Ja sabem que la rotació d'un motor de corrent continu requereix corrent elèctric, un camp magnètic i una estructura de bobines complexes, però com reaccionen l'electricitat, el magnetisme i les bobines, i quines lleis físiques permeten que un component aparentment estacionari comenci a girar contínuament?

 

Explicarem aquests problemes un per un en el contingut següent, així que comencem.

 

 

Per entendre veritablement per què els motors DC poden girar, hem de conèixer una llei molt bàsica de la física:La llei d'Ampere.

 

Principis bàsics dels motors elèctrics: la llei de la força d'Ampere (f=bil)

Hi ha una llei en la física que diu:

Quan el corrent passa per un filferro i es troba en un camp magnètic, serà actuat per un camp magnètic.

 

La magnitud d'aquesta força està determinada per la fórmula següent:

F=b × i × l × sinθ

F: Força

B: Força del camp magnètic

I: intensitat actual

L: Longitud del filferro

θ: angle entre la direcció de corrent i la direcció del camp magnètic

Aquesta força és el que sovint anomenem "Força Ampere".

 

No és misteriós, de la mateixa manera que quan poseu un imant a prop d'una bobina conductora, sentireu una força "empènyer" o "tirar", que és la interacció entre el corrent elèctric i el camp magnètic.

 

En termes simples: el corrent passa a través d'un camp magnètic → s'aplica la força al fil → El filferro es mou

 

Aquesta és la base perquè el motor es mogui.

 

Com converteix un motor de corrent continu aquesta força en "rotació contínua"?

Abans vam dir que un filferro està sotmès a la força. Però al motor, no és un filferro, sinó un grup de bobinatges de bobines: les anomenem bobines d'armadura, que s'instal·len en un rotor que pot girar lliurement.

 

El corrent flueix des de la font d'energia a la bobina, la bobina genera força i el rotor comença a girar. Aquí teniu una pregunta:

Si la força només s'aplica una vegada, el rotor només girarà una vegada i després s'aturarà i no es pot girar contínuament?

 

Sí, hi ha una estructura molt important dissenyada dins del motor de corrent continu: el commutador.

 

La funció d'aquest petit component és canviar automàticament la direcció del corrent a la bobina durant la rotació de l'armadura. L'avantatge d'això és que, tot i que el corrent canvia de direcció, la "direcció de la força" al camp magnètic continua sent consistent, permetent que el rotor continuï girant.

 

Podeu pensar en el commutador com un commutador que "flueix constantment" durant la rotació. Funciona amb els pinzells per mantenir sempre el corrent "que flueix en la direcció correcta" per mantenir la rotació estable.

 

 

La raó per la qual el motor de corrent continu es pot "moure" de manera estable no només és a causa del camp actual i magnètic, sinó també a causa del treball coordinat d'una sèrie de components de precisió al seu interior, incloses la "bobina d'armadura", "commutador" i "pinzell". Per obtenir una comprensió més senzilla, l'explicació aquí es basarà en el motor de corrent continu.

 

1. Bobina d'armadura: la "pista" del corrent

En un motor de corrent continu, la bobina de l'armadura (també anomenada bobinatge del rotor) és el portador directe de la força de l'amperi. Quan el corrent entra al motor des d'una font d'alimentació externa, és a través d'aquestes bobines distribuïdes a les ranures que la força s'aplica al camp magnètic. Com que les bobines es distribueixen simètricament al rotor, aquestes forces cooperaran entre elles per formar un parell de rotació estable i equilibrat (parell).

 

Es pot entendre de la manera següent:

Cada secció de fil és com una "pista" on funciona el corrent i el camp magnètic actua com a àrbitre per exercir "força motriu". Quan es combinen múltiples bobines, són com un equip, corren en cercles rítmicament i finalment generen un parell continu.

 

A més, com més bobines d'armadura hi ha, més suau s'executa el motor i més petita és la fluctuació del parell de sortida.

 

2. Commutador i pinzells: el mag que reverteix el corrent

No n'hi ha prou amb que el corrent flueixi a través de la bobina, per tal de mantenir l'armadura sota força constant en la mateixa direcció, s'ha de revertir la direcció del corrent cada mitja torn, que és la tasca del commutador.

 

El commutador és una estructura de plaques de coure fixades a l'eix que mantenen el contacte amb els pinzells de l'estator. A mesura que el rotor gira, els pinzells llisquen sobre diferents plaques de coure, fent que el corrent es "reinversi automàticament". És per això que la força del fil roman en la mateixa direcció fins i tot després que la bobina hagi girat mig gir.

 

Dit d'una altra manera, el commutador és com un sistema que ajusta automàticament els semàfors per assegurar -se que el corrent "flueix sense problemes" i manté el ritme de rotació.

 

Per què els pinzells i els commutants són sovint les parts més ràpides?

Com que es troben en un estat de contacte i fricció contínues, són propensos a provocar i escalfar a grans velocitats i corrents elevats, i la seva vida útil és limitada en funcionament a llarg termini. Per tant, en motors d'alt rendiment (com ara motors de corrent continu), la gent utilitza commutació electrònica per substituir aquesta part de l'estructura.

 

 

Un motor de corrent continu no es tracta només de "girar", sinó que també pot "girar -se ràpidament", "girar violentament" i fins i tot mantenir una sortida estable en diferents càrregues. Llavors, com es controla la velocitat (rpm) i el parell (parell) del motor? Ho podem entendre des dels aspectes següents:

 

1. Relació entre tensió, corrent, velocitat i parell

Les característiques de sortida d'un motor de corrent continu estan estretament relacionades amb la tensió d'entrada i el corrent:

 

La tensió determina la velocitat

Sota la premissa que la càrrega es manté inalterada, la velocitat del motor de corrent continu és aproximadament proporcional a la tensió.

· Reducció de tensió → Reducció de velocitat

· Increment de la tensió → augmenta la velocitat

 

El corrent afecta el parell

Com més gran sigui el corrent, més forta és la força de l'amperi generada a través de la bobina i més gran és el parell de sortida.

· Més corrent → més parell (però també més propens a sobreescalfar)

 

És per això que els vehicles elèctrics requereixen més corrent quan s'acceleren, mentre que el corrent disminueix quan es creua a una velocitat constant.

 

2. Com canvia el motor "autorregular" sota els canvis de càrrega?

Quan la càrrega impulsada pel motor es fa més pesada (com dues persones assegudes en bicicleta elèctrica), el moviment del rotor trobarà una major resistència i la velocitat disminuirà naturalment. En aquest moment, la força electromotriu posterior de la bobina de l'armadura disminuirà, provocant que més corrent flueixi al motor, cosa que augmentarà automàticament el parell de sortida, resistirà la càrrega i mantindrà la rotació.

 

Aquest mecanisme "adaptatiu" és una de les raons per les quals els motors de DC són molt pràctics.

 

3. Control PWM: una variació del control de tensió

En el control del motor actual, la tensió d'alimentació no s'ajusta directament. En canvi, s'utilitza un mètode anomenat PWM (modulació d'amplada de pols) per simular l'efecte "tensió variable".

 

En termes simples:

El controlador engega i desactiva la potència i permet que el motor funcioni en un cicle de commutació "de manera in-off" d'alta freqüència.

Ajustant la relació de temps "ON" (cicle de treball), es poden simular diferents tensions mitjanes.

 

Per exemple:

50% Cicle de treball ≈ Mitja Subministrament de tensió → La velocitat és aproximadament la meitat de la velocitat

Cicle de treball del 90% ≈ Subministrament d'alta tensió → Velocitat propera a tota velocitat

 

PWM no només té un control precís, sinó que també redueix la pèrdua d'energia. És el mitjà fonamental dels moderns sistemes de control de motors de corrent continu.

 

 

En el contingut anterior, es va utilitzar com a exemple el motor de DC permanent raspallat per explicar el principi de treball, però de fet el "motor DC" no és una única estructura. Pot variar en formes de disseny basades en mètodes de commutació, fonts de camp magnètic, etc.

 

Per tant, funcionen aquests diferents tipus de motors de corrent continu? Quines són les diferències clau? Fem una ullada.

 

1. Rastrejat vs. sense pinça: diferències en els mecanismes de commutació

Motor DC raspallat

Mètode de commutació: baseu -vos en el commutador mecànic + raspall per completar la reversió de la direcció actual.

Característiques: Estructura senzilla, fàcil de controlar, preu baix, però els pinzells són fàcils de portar i requereixen un manteniment regular.

 

Motor DC sense escombrat (BLDC)

Mètode de commutació: commutació electrònica, a través del sensor de posició i del controlador per determinar la posició del rotor i canviar la bobina energitzada.

Característiques: alta eficiència, llarga vida, baix soroll, adequat per a escenaris que requereixen un alt rendiment (com ara drons, eines elèctriques, vehicles elèctrics, etc.).

 

Resum de les diferències bàsiques:

projecte	Motor raspallat	Motor sense escombrat
Mètode de commutació	Commutador mecànic	Control electrònic
Freqüència de manteniment	alt	Baix
Vida útil	Relativament curt	Més llarg
costar	Baix	Més gran
Dificultat de control	Baix	Mitjà a alt

 

2. Magnet permanent vs excitació: diferents fonts de camp magnètic

Motor de DC d'imant permanent (motor PMDC)

· Font del camp magnètic: s'utilitzen imants permanents, amb un camp magnètic estable i una estructura compacta.

Avantatges: mida petita, alta eficiència, que s'utilitza habitualment en micro motors, dispositius portàtils, vehicles elèctrics, etc.

Desavantatges: l'imant té una resistència a la calor limitada i no es pot ajustar la força del camp magnètic.

 

Motor DC emocionat

· Font del camp magnètic: el camp magnètic és generat per la bobina d'excitació, que pot ser d'excitació en sèrie, excitació paral·lela, excitació composta i altres estructures.

Avantatges: el camp magnètic és ajustable, adequat per a aplicacions que requereixen un parell inicial o una velocitat variable, com ara equips d'elevació industrial, ascensors, etc.

Desavantatges: estructura més complexa, volum més gran, un consum d'energia lleugerament més elevat.

 

Comparació de diferències de camp magnètic:

projecte	Motor d'imant permanent	Motor d'excitació
Font de camp magnètic	Imants permanents	Bobina d'excitació
Ajustabilitat del camp magnètic	No ajustable	Regulable
costar	Relativament baix	Una mica més amunt
Escenari de l'aplicació	Petit i portàtil	Industrial, pesat

 

En comparació, es pot veure que, tot i que diferents tipus de motors de corrent continu difereixen en els mecanismes de commutació i les fonts de camp magnètic, els seus principis bàsics són els mateixos: utilitzant la força exercida sobre el conductor que porta el corrent al camp magnètic per formar un parell, impulsant així la rotació.

 

 

En aquest moment, crec que teniu una comprensió completa deQuè és un motor DCi tot el procés de per què un motor de corrent continu pot girar. Des del principi físic (Llei d'Ampere), fins al treball coordinat de components clau (bobina d'armadura, commutador, pinzell), fins a les diferències en els mecanismes de treball de diferents tipus de motors (pinzell\/escabrostat, imant permanent\/excitació), es pot dir que els motors DC són una tecnologia que aparentment simple però conté un disseny sofisticat ".

 

 

Si busqueu un motor de corrent continu eficient i fiable per al vostre projecte, per què no contacteu amb nosaltres - fabricant de motor VSD DC.

Ens centrem en el disseny i la personalització de diversos motors de corrent continu, que cobreixen l'imant raspallat, sense escombrat, permanent, l'engranatge, el control electrònic i altres sèries, que s'utilitzen àmpliament en electrodomèstics intel·ligents, robots, equips d'automatització, precisió mèdica i altres camps.

 

Els nostres avantatges:

Donar suport al desenvolupament personalitzat i a la producció de petits proves per lots

Posseint una tecnologia de patents independent i una certificació estricta de qualitat

Va servir als clients de molts països del món

 

No dubteu en contactar amb nosaltres per obtenir manuals de producte o assessorament tècnic. Facilitarà la vostra selecció del motor i el vostre projecte més eficient.