موتورهای DC توضیح داده شده: اصل کار، انواع و Brushed در مقابل Brushless

a چیست موتور DC و چگونه کار می کند

موتور DC وسیله ای الکترومکانیکی است که انرژی الکتریکی جریان مستقیم را به حرکت مکانیکی چرخشی تبدیل می کند از طریق تعامل میدان های مغناطیسی جریان از طریق یک سیم پیچ (آرمیچر یا سیم پیچ) که در داخل یک میدان مغناطیسی قرار دارد می گذرد و نیروی لورنتس حاصله بر هادی حامل جریان، گشتاور تولید می کند و باعث چرخش شفت می شود.

اصل کار بر یک حلقه بازخورد ساده بین انرژی الکتریکی و مغناطیسی متکی است: با عبور جریان از سیم پیچ، میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند که با آهنرباهای ثابت موتور (یا سیم پیچ های میدان) در تعامل است. این فعل و انفعال نیرویی عمود بر جریان و میدان مغناطیسی ایجاد می کند که توسط قانون چپ فلمینگ توضیح داده شده است، که تا زمانی که جریان جریان داشته باشد و قطبیت در لحظه مناسب تغییر کند، روتور را به چرخش پیوسته سوق می دهد.

• استاتور: بخش ثابت، یا آهنرباهای دائمی یا سیم پیچ های میدان الکترومغناطیسی
• روتور (آرماتور): سیم پیچ دوار که جریان را حمل می کند و گشتاور تولید می کند
• سیستم کموتاسیون: برس های مکانیکی/کموتاتور یا سوئیچینگ الکترونیکی، بسته به نوع موتور، که جهت جریان را برای حفظ چرخش معکوس می کند.

براش در مقابل موتورهای DC بدون برس

تفاوت اصلی این است که چگونه جریان در داخل موتور سوئیچ می شود: موتورهای برس دار از برس های کربن فیزیکی و یک کموتاتور مکانیکی استفاده می کنند، در حالی که موتورهای بدون جاروبک از کنترل کننده های الکترونیکی و سنسورهای موقعیت استفاده می کنند. در یک موتور DC برس خورده، جریان از طریق برس‌های فنری به آرمیچر چرخان وارد می‌شود که به یک کموتاتور تقسیم‌بندی شده فشار می‌آورد، که به طور مکانیکی جهت جریان را با چرخش شفت معکوس می‌کند.

یک موتور DC بدون جاروبک این ترتیب را تغییر می دهد: آهنرباهای دائمی روی روتور می نشینند و سیم پیچ ها به استاتور ثابت می شوند. یک کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی، جریان را از طریق سیم‌پیچ‌های استاتور به ترتیب با استفاده از بازخورد سنسورهای اثر هال یا حسگر EMF برگشتی برای زمان‌بندی دقیق هر کلید، سوئیچ می‌کند. از آنجایی که هیچ تماس فیزیکی با گذشت زمان از بین نمی رود، موتورهای براشلس به طور قابل توجهی دوام بیشتری دارند و در یک توان خروجی کارآمدتر کار می کنند.

انواع اصلی موتورهای DC

فراتر از تقسیم برس / بدون جاروبک، موتورهای DC نیز بر اساس نحوه اتصال سیم پیچ میدان نسبت به آرمیچر، که رفتار گشتاور و سرعت آنها را تحت بار شکل می دهد، طبقه بندی می شوند.

• زخم سری: سیم پیچ های میدان و آرمیچر به صورت سری متصل می شوند. گشتاور راه اندازی بسیار بالایی تولید می کند که در کاربردهایی مانند موتورهای استارت و جرثقیل استفاده می شود
• زخم شنت: سیم پیچ میدانی که به موازات آرمیچر متصل است. سرعت پایدار را در بارهای مختلف، مناسب برای فن ها و درایوهای نوار نقاله ارائه می دهد
• زخم مرکب: سیم پیچ های سری و شنت را برای متعادل کردن گشتاور راه اندازی بالا با تنظیم سرعت معقول ترکیب می کند
• آهنربای دائم DC (PMDC): از آهنرباهای ثابت به جای سیم پیچ های میدانی استفاده می کند و طراحی فشرده و کارآمدی را ارائه می دهد که در لوازم کوچک و لوازم جانبی خودرو رایج است.
• DC بدون برس (BLDC): جابجایی الکترونیکی، مورد استفاده در هواپیماهای بدون سرنشین، خودروهای برقی، سیستم‌های HVAC و تجهیزات صنعتی دقیق

مزایای موتورهای DC

موتورهای DC در بسیاری از کاربردها انتخابی ارجح باقی می مانند زیرا آنها سرعت و گشتاور دقیق و به راحتی قابل کنترل را با یک طرح کنترل ساده مبتنی بر ولتاژ ارائه می دهند . سرعت تقریباً با ولتاژ اعمال شده متناسب است و گشتاور تقریباً متناسب با جریان است که کنترل آنها را بدون تجهیزات الکترونیکی پیچیده مبتنی بر فرکانس - بر خلاف اکثر موتورهای AC - آسان می کند.

• گشتاور راه اندازی بالا، به ویژه در پیکربندی های سری پیچ، مفید برای شرایط راه اندازی با بار سنگین
• کنترل سرعت یکنواخت و با دامنه وسیع از طریق تنظیم ساده ولتاژ PWM
• نسبت توان به اندازه فشرده، به ویژه در طرح های بدون جاروبک و آهنربای دائمی
• ادغام ساده با سیستم های DC با باتری و ولتاژ پایین، اجتناب از نیاز به اینورترهای AC در تجهیزات قابل حمل

نحوه انتخاب موتور DC

انتخاب موتور DC مناسب با تطبیق گشتاور و سرعت مورد نیاز با بار واقعی و نه فقط ولتاژ نامی شروع می شود. گشتاور مورد نیاز را در سرعت کار محاسبه کنید، حاشیه را برای شرایط راه‌اندازی و اوج بار اضافه کنید، سپس بررسی کنید که درجه گشتاور پیوسته موتور بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی آن در طول کارکرد عادی، آن رقم را پوشش دهد.

• چرخه کاری: برنامه های کاربردی با کار مداوم به موتوری نیاز دارند که برای بار حرارتی پایدار درجه بندی شده باشد، نه فقط خروجی اوج
• الزامات طول عمر: موتورهای بدون جاروبک برای کاربردهای با چرخه بالا یا محدودیت نگهداری مناسب هستند. موتورهای برس خورده برای مصارف کم کار و حساس به هزینه قابل قبول هستند
• دقت کنترل: برنامه هایی که نیاز به سرعت خوب یا کنترل موقعیت دارند از موتورهای براشلس جفت شده با رمزگذارها سود می برند.
• شرایط محیطی: محفظه های مهر و موم شده یا دارای رتبه IP برای موتورهای در معرض گرد و غبار، رطوبت یا لرزش اهمیت دارند.
• محدودیت های ولتاژ و منبع تغذیه: ولتاژ باتری موجود یا ولتاژ باس DC باید با محدوده ورودی نامی موتور مطابقت داشته باشد تا از تبدیل ناکارآمد افزایش/کاهش کاهش یابد