Wat is een gelijkstroommotor? 4-draads diagram, snelheidsregeling en AC-motorvergelijking- Suzhou Retek Electric Technology Co., Ltd.

Een gelijkstroommotor zet elektrische gelijkstroomenergie om in mechanische rotatie door de interactie van magnetische velden. Begrijpen hoe een DC-motor werkt volgens het principe van Lorentzkracht is de eerste stap, maar het juiste kiezen 12V DC-motor met variabele snelheid en de juiste bedrading uitvoeren, vooral 4-draads DC-motor aansluitschema —bepaalt de prestaties in de echte wereld. Dit artikel pakt de onderdelen van een gelijkstroommotor , geeft precies aan bedradingsschema voor DC-motor instellen en uitleggen snelheids- en koppelregeling van DC-motor systemen met praktijkgegevens. Wij contrasteren ook Hoe werkt een EENC-motor? zodat u een duidelijke keuze kunt maken.

Wat is een gelijkstroommotor en het principe achter de rotatie ervan?

EEN DC-motor werkt volgens het principe van de Lorentz-krachtwet: wanneer een stroomvoerende geleider in een magnetisch veld wordt geplaatst, ondervindt deze een mechanische kracht. In elke geborstelde gelijkstroommotor werkt deze kracht op de ankerwikkelingen, waardoor een koppel ontstaat dat de as laat draaien. De draairichting wordt bepaald door de linkerhandregel van Fleming: als de huidige of magnetische veldpolariteit wordt omgekeerd, keert de motor van richting om. In een gelijkstroommotor met permanente magneet zorgt de stator voor een vast veld en regelt de ankerstroom rechtstreeks het koppel; de relatie is lineair, waarbij het koppel in Nm het product is van de koppelconstante (Kt) van de motor en de ankerstroom. Op een typische 12V DC-motor met variabele snelheid Kt zou ongeveer 0,05 Nm/A kunnen zijn, wat betekent dat 2 A ongeveer 0,1 Nm continu koppel produceert.

Een ander cruciaal principe is de tegen-elektromotorische kracht (tegen-EMK). Terwijl het anker draait, genereert het een spanning die tegengesteld is aan de voeding. De snelheid van de motor stabiliseert zich wanneer de tegen-EMK plus de weerstandsspanningsval gelijk is aan de aangelegde spanning. Dit zelfregulerende gedrag maakt dit mogelijk snelheids- en koppelregeling van DC-motor circuits zijn zeer voorspelbaar: verlaag de spanning en de motor vertraagt totdat een nieuw evenwicht is bereikt.

Brushless DC Motor for Robotic Lawn Mower 42mm Diameter W42 Series

Onderdeelen van een gelijkstroommotor: een gedetailleerd overzicht

Elke geborstelde gelijkstroommotor deelt een set onderdelen van een gelijkstroommotor die rechtstreeks van invloed zijn op de efficiëntie en levensduur. In de onderstaande tabel worden de belangrijkste onderdelen en hun functies vermeld. Bij borstelloze gelijkstroommotoren (BLDC) wordt de mechanische commutator vervangen door elektronische commutatie, maar de fundamentele elektromagnetische componenten blijven bestaan.

Belangrijkste onderdelen van een geborstelde gelijkstroommotor en hun rol bij energieconversie
Component	Materiaal / Soort	Sleutelfunctie
Stator (veldmagneet)	Permanente magneet of wondveld	Produceert een stationair magnetisch veld
EENnker (rotor)	Gelamineerde stalen kern met koperen wikkelingen	Voert stroom en genereert koppel
commutator	Koperen segmenten op ankeras	Keert de stroomrichting in het anker elke halve slag om
Borstels	Koolstof of grafiet	Breng stroom over van statische kabels naar roterende commutator
EENs en lagers	Stalen as-, kogel- of glijlagers	Ondersteun rotatie en verminder wrijving

In afzonderlijk bekrachtigde gelijkstroommotoren, vaak aangetroffen bij het omgaan met a 4-draads DC-motor aansluitschema —de veldwikkeling wordt onafhankelijk van het anker gevoed, waardoor twee extra aansluitingen worden toegevoegd in vergelijking met een permanent magneet- of seriegewonden type. Dit geeft nauwkeurige, onafhankelijke controle over de veldflux en de ankerstroom, wat essentieel is voor geavanceerde toepassingen snelheids- en koppelregeling van DC-motor toepassingen.

4-draads DC-motoraansluiting en bedradingsschema's uitgelegd

EEN 4-draads DC-motor aansluitschema vertegenwoordigt normaal gesproken een afzonderlijk aangeslagen gelijkstroommotor of een universele motor met toegankelijke veld- en ankerwikkelingen. De vier aansluitingen zijn gemarkeerd met A1 en A2 (anker) en F1 en F2 (veld). Een juist bedradingsschema voor DC-motor van dit type scheidt de anker- en veldcircuits volledig. De onderstaande tabel toont het standaard aansluitschema dat wordt gebruikt in frequentieregelaars. Als u met een permanentmagneetmotor werkt, vindt u slechts twee draden en wordt het veld verzorgd door vaste magneten, wat de installatie aanzienlijk vereenvoudigt.

Typische klemidentificatie en aansluiting voor een afzonderlijk bekrachtigde 4-draads gelijkstroommotor
Motorterminal	Draadkleur (typisch)	Verbinden met
EEN1	Rood	EENrmature supply positive (from H-bridge or PWM driver)
EEN2	Zwart	EENrmature supply negative
F1	Wit of geel	Positief ter plaatse (geregelde gelijkstroom, constante spanning of stroom)
F2	Blauw	Veldvoorziening negatief

Bij gebruik van een 12V DC-motor met variabele snelheid bij een vierdraadsconfiguratie wordt het ankercircuit doorgaans aangestuurd door een PWM-controller die werkt op nominaal 12 V, terwijl het veldcircuit een stabiele 12 V ontvangt (of een lager gereguleerde spanning) om een constante veldsterkte te behouden. Het omkeren van de ankerverbindingen of de veldverbindingen (maar nooit beide) zal de rotatie omkeren. Sommige aandrijvingen ondersteunen ook veldverzwakking: het verlagen van de veldspanning tot onder de nominale snelheid verhoogt de snelheid ten koste van het koppel, een techniek die wordt gebruikt voor werking met constant vermogen boven de basissnelheid.

Snelheids- en koppelregeling van een 12V DC-motor met variabele snelheid

Nauwkeurig snelheids- en koppelregeling van DC-motor circuits beginnen met pulsbreedtemodulatie. Voor een 12V DC-motor met variabele snelheid levert een op MOSFET gebaseerde H-brugschakeling bij 20 kHz een gemiddelde spanning van 0 tot 12 V. In een geteste 12 V, 50 W DC-motor bedroeg de nullastsnelheid bij 100% inschakelduur 3200 RPM. Bij een inschakelduur van 50% daalde de snelheid tot ongeveer 1550 tpm, terwijl de soepele rotatie behouden bleef met een snelheidsrimpel van minder dan 2%. Het koppel bleef echter vrijwel evenredig aan de gemiddelde stroom: bij 1 A produceerde de motor 0,12 Nm; bij 3 A bereikte het koppel 0,35 Nm. Deze lineaire stroom-koppelrelatie maakt het eenvoudig om koppelbegrenzing te implementeren door de ankerstroom te meten en de PWM-werkcyclus te verminderen als een vooraf ingestelde drempel wordt overschreden.

Gesloten-lusregeling verhoogt de prestaties nog verder. Door een kwadratuur-encoder aan de motoras toe te voegen, kan een microcontroller de ingestelde snelheid binnen ± 1% handhaven. Voor koppelregeling voedt een stroomsensor in de ankerlus een PI-controller die het PWM-signaal in realtime aanpast. In industriële omgevingen is een afzonderlijk bekrachtigde motor met een 4-draads DC-motor aansluitschema geeft de extra mogelijkheid van veldgeoriënteerde regeling: handhaaf een constante veldspanning voor een hoog koppel bij lage snelheid, en verzwak vervolgens het veld om het snelheidsbereik te vergroten. Uit gegevens blijkt dat het verminderen van de veldstroom met 30% de topsnelheid met ongeveer 40% kan verhogen, hoewel het beschikbare koppel omgekeerd afneemt.

DC-motor versus AC-motor: hoe werkt een AC-motor?

Begrip Hoe werkt een EENC-motor? helpt de voordelen en beperkingen van de DC-motor te verduidelijken. De meest voorkomende AC-inductiemotor werkt volgens het principe van een roterend magnetisch veld. Wanneer driefasige wisselstroom door statorwikkelingen vloeit die 120° uit elkaar staan, ontstaat er een magnetisch veld dat met synchrone snelheid roteert: 1800 RPM voor een 4-polige motor op een voeding van 60 Hz. Dit roterende veld induceert stroom in de rotorstaven en de interactie produceert koppel. Een enkelfasige inductiemotor heeft een startwikkeling en condensator nodig om een faseverschuiving te creëren en rotatie te initiëren. In tegenstelling tot een gelijkstroommotor is de snelheid van een inductiemotor nauw verbonden met de voedingsfrequentie en slip (doorgaans 2 à 5% onder de synchrone snelheid bij volledige belasting).

Daarentegen is een 12V DC-motor met variabele snelheid verandert de snelheid eenvoudigweg door de spanning aan te passen, en het startkoppel kan 200% van het nominale koppel overschrijden zonder complexe aandrijfelektronica. Wisselstroommotoren blinken uit in toepassingen met een hoog vermogen en constante snelheid, terwijl gelijkstroommotoren (vooral borstel- en BLDC-types) de batterijgevoede en nauwkeurige servotaken domineren. De bedradingsschema voor DC-motor Het instellen is ook eenvoudiger voor variabele snelheid: een enkele PWM-controller versus een frequentieregelaar die nodig is voor AC-snelheidsregeling. De keuze tussen deze komt neer op het vereiste snelheidsbereik, de onderhoudstolerantie en de beschikbare stroombron.

Previous: Oververhitting en reparatie van moeraskoelerventilatormotor: complete gids Next: Geen volgend artikel