Jak siła elektromotoryczna (SEM) wpływa na pracę małego silnika szczotkowego prądu stałego?

Hej tam! Jako dostawcaMałe silniki szczotkowe prądu stałego, Byłem w centrum wszystkich spraw związanych z tymi fajnymi małymi maszynami. Powrócił jeden temat, który często pojawia się w mojej pracy – pole elektromagnetyczne i jego wpływ na działanie małego silnika szczotkowego prądu stałego. Zanurzmy się więc w głębię i wspólnie zbadajmy to zjawisko.

Co powraca – pole elektromagnetyczne?

Po pierwsze, musimy zrozumieć, czym jest powrót – pole elektromagnetyczne. EMF oznacza siłę elektromotoryczną i jest to w zasadzie napięcie generowane przez zmienne pole magnetyczne. W małym silniku szczotkowym prądu stałego, gdy zwora (część obracająca się) wiruje w polu magnetycznym wytwarzanym przez stojan (część stacjonarna), przecina linie siły magnetycznej. To działanie tnące indukuje napięcie w uzwojeniach twornika i to indukowane napięcie nazywamy EMF.

Matematycznie, tylne pole elektromagnetyczne (E) można wyrazić jako (E = k\phi\omega), gdzie (k) jest stałą związaną z konstrukcją silnika, (\phi) jest strumieniem magnetycznym, a (\omega) jest prędkością kątową twornika. To równanie pokazuje, że tylna siła elektromagnetyczna jest wprost proporcjonalna do prędkości silnika.

Jak z powrotem — pole elektromagnetyczne wpływa na rozruch silnika

Kiedy po raz pierwszy włączasz mały silnik szczotkowy prądu stałego, twornik jest w spoczynku, więc prędkość kątowa (\omega) wynosi zero. Zgodnie ze wzorem (E = k\phi\omega) tył - EMF również w tym momencie wynosi zero. Bez wstecznego pola elektromagnetycznego przeciwstawiającego się przyłożonemu napięciu ((V)) przez uzwojenia twornika przepływa duży prąd ((I)). Prąd oblicza się za pomocą prawa Ohma (I=\frac{V - E}{R}), gdzie (R) jest rezystancją twornika. Ponieważ (E = 0) przy uruchomieniu, prąd wynosi po prostu (I=\frac{V}{R}).

Tak wysoki prąd rozruchowy może być zarówno błogosławieństwem, jak i przekleństwem. Z jednej strony zapewnia moment obrotowy niezbędny do wprawienia silnika w ruch. Moment obrotowy ((T)) jest proporcjonalny do prądu przepływającego przez twornik, więc duży prąd skutkuje wysokim momentem rozruchowym. Świetnie sprawdza się w zastosowaniach, w których silnik musi szybko się uruchomić i pokonać bezwładność, np. w małych robotycznych ramionach lub samochodzikach.

Z drugiej strony wysoki prąd rozruchowy może powodować pewne problemy. Może to prowadzić do nadmiernego nagrzewania się uzwojeń twornika, co w przypadku zbyt częstego występowania może spowodować uszkodzenie silnika. Może to również stanowić obciążenie dla zasilacza, szczególnie jeśli zasilacz ma ograniczone możliwości pozyskiwania prądu.

Powrót - Regulacja pola elektromagnetycznego i prędkości silnika

Gdy silnik zaczyna się obracać, zaczyna się gromadzić tylne pole elektromagnetyczne. Ponieważ tylna siła elektromagnetyczna przeciwstawia się przyłożonemu napięciu, zmniejsza napięcie netto na tworniku. Zgodnie z prawem Ohma spadek napięcia sieciowego powoduje zmniejszenie prądu płynącego przez twornik.

Wraz ze spadkiem prądu zmniejsza się również moment wytwarzany przez silnik. Ostatecznie silnik osiąga punkt, w którym wytworzony moment obrotowy jest wystarczający do pokonania momentu obciążenia (oporu obrotowego spowodowanego obciążeniem przymocowanym do silnika). W tym punkcie równowagi silnik pracuje ze stosunkowo stałą prędkością.

Zależność pomiędzy przyłożonym napięciem, zwrotną siłą elektromotoryczną i prędkością silnika ma kluczowe znaczenie dla regulacji prędkości. Jeśli zwiększysz przyłożone napięcie, prędkość silnika wzrośnie. Wraz ze wzrostem prędkości wzrasta również tylna siła elektromotoryczna, co z kolei zmniejsza prąd i zapobiega przyspieszaniu silnika w nieskończoność. Podobnie, jeśli zmniejszysz przyłożone napięcie, tylne pole elektromagnetyczne będzie przez krótki czas większe niż przyłożone napięcie, co spowoduje spowolnienie silnika aż do osiągnięcia nowej równowagi.

Ta samoregulująca właściwość tylnego pola elektromagnetycznego sprawia, że ​​małe silniki szczotkowe prądu stałego nadają się do szerokiego zakresu zastosowań, w których wymagana jest stosunkowo stała prędkość. Na przykład w małych wentylatorach lub pompach silnik może utrzymać stabilną prędkość nawet przy niewielkich zmianach obciążenia.

Powrót - Pole elektromagnetyczne i wydajność silnika

Tył — pole elektromagnetyczne odgrywa również znaczącą rolę w wydajności małego silnika szczotkowego prądu stałego. Sprawność ((\eta)) definiuje się jako stosunek mocy wyjściowej ((P_{out})) do mocy wejściowej ((P_{in})). Moc wejściową wyraża się wzorem (P_{in}=VI), gdzie (V) to przyłożone napięcie, a (I) to prąd. Moc wyjściowa to moc mechaniczna dostarczana przez silnik, która jest powiązana z momentem obrotowym i prędkością.

Ponieważ z tyłu - pole elektromagnetyczne wzrasta wraz z prędkością, prąd maleje. Ponieważ moc rozproszona w tworniku na skutek rezystancji wynosi (P_{strata}=I^{2}R), niższy prąd oznacza, że ​​mniej energii jest marnowane w postaci ciepła. Zwiększa to wydajność silnika.

Jeśli jednak silnik pracuje z bardzo małą prędkością, tylne pole elektromagnetyczne jest małe, a prąd płynący przez twornik jest stosunkowo wysoki. Powoduje to utratę większej ilości mocy w postaci ciepła, co zmniejsza wydajność. Zatem, aby zmaksymalizować wydajność, ważne jest, aby silnik pracował z odpowiednią prędkością, przy której tylne pole elektromagnetyczne jest wystarczająco duże, aby utrzymać prąd pod kontrolą.

Powrót - EMF i hamowanie silnikiem

Tył — pole elektromagnetyczne można również wykorzystać do celów hamowania. Jeśli chcesz szybko zatrzymać mały silnik szczotkowy prądu stałego, możesz odwrócić polaryzację przyłożonego napięcia. Powoduje to, że tylna siła elektromotoryczna i przyłożone napięcie działają w tym samym kierunku, tworząc duży prąd, który przeciwdziała obrotowi silnika.

Ta metoda hamowania nazywana jest hamowaniem dynamicznym. Jest to prosty i skuteczny sposób zatrzymania silnika, szczególnie w zastosowaniach, w których wymagane są szybkie zatrzymania, np. w małych systemach przenośników. Jeśli interesują Cię silniki z wbudowanymi funkcjami hamowania, możesz sprawdzić naszeHamowane silniki bezszczotkowe prądu stałego.

Zastosowania i rozważania

Małe silniki szczotkowe prądu stałego są wykorzystywane w wielu różnych zastosowaniach, od elektroniki użytkowej po automatykę przemysłową. W zastosowaniach, w których potrzebny jest wysoki moment rozruchowy, np. w małych elektronarzędziach, zaletą może być początkowy wysoki prąd wynikający z braku wstecznego pola elektromagnetycznego. Jednakże w zastosowaniach, w których priorytetem jest efektywność energetyczna, np. w urządzeniach zasilanych bateryjnie, rola tylnego pola elektromagnetycznego w ograniczaniu strat prądu i mocy staje się kluczowa.

Jeśli potrzebujesz silnika, który pracuje na niskich obrotach i nadal utrzymuje dobrą wydajność, naszeSilniki szczotkowe prądu stałego o niskiej prędkości obrotowejmoże być idealnym rozwiązaniem. Silniki te zostały zaprojektowane tak, aby sprostać wyjątkowym wyzwaniom związanym z pracą przy niskich prędkościach i zwrotnym polem elektromagnetycznym.

Wniosek

Podsumowując, wróć - pole elektromagnetyczne ma ogromny wpływ na działanie małego silnika szczotkowego prądu stałego. Wpływa na wszystko, od zachowania silnika podczas rozruchu i regulacji prędkości, po jego wydajność i możliwości hamowania. Zrozumienie działania pola elektromagnetycznego wstecznego jest niezbędne dla wszystkich osób zaangażowanych w projektowanie, dobór lub obsługę tych silników.

Jeśli jesteś na rynku małych silników szczotkowych prądu stałego lub masz jakiekolwiek pytania dotyczące powrotu – pole elektromagnetyczne może mieć wpływ na Twoje konkretne zastosowanie, nie wahaj się z nami skontaktować. Jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci dokonać najlepszego wyboru dla Twoich potrzeb. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz silnika do małego projektu typu „zrób to sam”, czy do zastosowania przemysłowego na dużą skalę, mamy dla Ciebie wsparcie. Rozpocznijmy rozmowę i zobaczmy, jak możemy współpracować, aby znaleźć dla Ciebie idealne rozwiązanie silnikowe.

Referencje

• Fitzgerald, AE, Kingsley, C. i Umans, SD (2003). Maszyny elektryczne. McGraw-Wzgórze.
• Chapman, SJ (2012). Podstawy maszyn elektrycznych. McGraw-Wzgórze.