Domů > Novinky > Obsah

Motor DC, jak to funguje

Jul 21, 2017

Práce

Začněme nejdříve s nejjednodušším stejnosměrným motorem. Vypadá to, jak je znázorněno na obr. 1. Stator je permanentní magnet a poskytuje stálé magnetické pole. Kotva, která je rotující částí, je jednoduchá cívka.

tok energie v automobilu

Obr. 1 Zjednodušený stejnosměrný motor, který pracuje s permanentním magnetem

Kotva je připojena ke zdroji stejnosměrného proudu přes pár komutátorových kroužků. Když proud protéká cívkou, na ní je podle Lorentzova zákona indukována elektromagnetická síla , tak se cívka začne otáčet. Síla vyvolaná elektromagnetickou indukcí je znázorněna pomocí "červených šípů" na obr. 2.

tok energie v automobilu

Obr. 2 Elektromagnetická síla indukovaná na cívkách rotuje cívku kotvy

Všimněte si, že když se cívka otáčí, komutátor zazvoní s napájecím zdrojem s opačnou polaritou. V důsledku toho na levé straně cívky elektrická energie vždy proudí "pryč" a na pravé straně, elektřina bude vždy proudit 'směrem'. Tím je zajištěno, že působení točivého momentu je v průběhu pohybu také ve stejném směru, takže cívka bude pokračovat v otáčení.

tok energie v automobilu

Obr. 3 Komutátorové kroužky zajišťují, že jednosměrný proud protéká levou a pravou částí cívky


Zlepšení kroku točivého momentu

Pokud však pozorně sledujete točivý moment na cívce, zjistíte, že pokud je cívka téměř kolmá na magnetický tok, kroutící moment se blíží nule.

tok energie v automobilu

Obr.4 Pokud se cívka blíží k magnetickému toku, vzniklý krouticí moment se blíží nule

Výsledkem bude nepravidelný pohyb rotoru, pokud provozujete stejnosměrný motor. Zde je trik k překonání tohoto problému! Přidejte ještě jednu smyčku k rotoru a pro ni použijte samostatný pár komutátorů. V tomto uspořádání, když je první smyčka ve vertikální poloze, bude druhá smyčka připojena ke zdroji energie. Takže v systému je vždy přítomna hybná síla.

tok energie v automobilu

Obr. 5 U uspořádání 2 rotoru cívky, když je první cívka kolmá na magnetický tok, je druhá cívka připojena k napájecímu zdroji

Navíc, čím více smyček, tím plynulejší bude otáčení motoru. U praktického motoru jsou smyčky armatur namontovány uvnitř štěrbin z vysoce propustných ocelových vrstev. To zvýší interakci magnetického toku. Pružinové komutátorové kartáče pomáhají udržovat kontakt se zdrojem napájení.

tok energie v automobilu

Obr.6 Více počtu cívky, plynulejší bude otáčení motoru; pro zvýšení interakce magnetického toku jsou cívky umístěny mezi póly ocelových vrstev


Použití elektromagnetu

Statorový stator s permanentním magnetem se používá pouze pro velmi malé DC motory. Nejčastěji se používá elektromagnet; polní cívka elektromagnetu je napájena ze stejného stejnosměrného zdroje.

tok energie v automobilu

Obr.7 Elektromagnet se používá většinou v DC motoru

Převodové a sériové motory

Cívky mohou být připojeny k vinutí rotoru dvěma různými způsoby; paralelní nebo série. Výsledkem jsou 2 různé druhy konstrukcí DC motorů; převodový a sériový motor.

tok energie v automobilu

Obr.8 V řadě motorových rotorů jsou cívky a statorové cívky zapojeny do série

Sériově vinutý motor má dobrý počáteční točivý moment, ale jeho rychlost klesá drasticky se zatížením. Tato povaha je znázorněna na obr. 8


Spínací motor má malý počáteční točivý moment, ale je schopen pracovat téměř s konstantní rychlostí, bez ohledu na zatížení působící na motor. Jedná se o atraktivní provoz charakteristický pro motor s bočním vinutím, povaha změny rychlosti-točivého momentu je znázorněna na obr. 10.

tok energie v automobilu

Obr.9 Motor se spuštěním má paralelní spojení mezi políkem a vinutím statoru

tok energie v automobilu

Obr.10 Motor s bočním pohonem poskytuje konstantní znaky rychlosti točivého momentu


Koncepce Back EMF

Na rozdíl od jiných elektrických strojů mají jednosměrné motory jedinečnou vlastnost; výrobu zpětného EMP. Rotující smyčka v magnetickém poli vytvoří EMF podle principu elektromagnetické indukce.

tok energie v automobilu

Fig.11 Zadní EMF indukovaný výrazně snižuje průtok proudu cívkou kotvy

Případ otáčení otočných armatur je stejný. Bude indukován interní EMF, který se opírá o použité vstupní napětí. Zpětný EMF snižuje proud kotvy o velké množství. Zpět EMF je úměrná rychlosti rotoru. Při spouštění motoru je zpětná EMF příliš nízká, takže proud kotvy je příliš vysoký, což vede k vyhoření rotoru. Proto je u velkých stejnosměrných motorů nutný správný spouštěcí mechanismus, který řídí použité vstupní napětí.


Jedna ze zajímavých variant stejnosměrného motoru je univerzální motor, který je schopen pracovat jak pod střídavými, tak stejnosměrnými zdroji. Jeho pracovní a provozní funkce projdeme samostatným článkem.