Qual è la relazione tra la forza controelettromotrice e la velocità di un motore a corrente continua con spazzole di carbone?

Ehilà! In qualità di fornitore di motori DC con spazzole di carbone, mi viene spesso chiesto della relazione tra la forza elettromagnetica posteriore e la velocità di questi motori. Quindi, ho pensato di scrivere questo blog per analizzarlo in un modo che sia facile da capire.

Cominciamo dalle basi. Un motore CC con spazzole di carbone è un tipo di motore elettrico che utilizza spazzole di carbone per trasferire corrente elettrica alla parte rotante del motore, nota come armatura. Questi motori sono ampiamente utilizzati in varie applicazioni perché sono relativamente semplici nel design e convenienti. Puoi dare un'occhiata al nostroMotore CC con spazzole di carboneper maggiori dettagli sui prodotti che offriamo.

Ora, cos'è il ritorno: EMF? Back - EMF, o forza elettromotrice posteriore, è una tensione generata nel motore mentre ruota. Secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday, quando un conduttore (in questo caso, le bobine nell'armatura del motore) si muove attraverso un campo magnetico, nel conduttore viene indotta una forza elettromotrice. In un motore CC, mentre l'armatura gira, le bobine tagliano il campo magnetico prodotto dallo statore e questo induce una tensione che si oppone alla tensione applicata.

La formula per la forza controelettromotrice (Eb) in un motore CC è data da Eb = k * Φ * ω, dove k è una costante che dipende dalla costruzione del motore (come il numero di spire della bobina, ecc.), Φ è il flusso magnetico e ω è la velocità angolare del motore. La velocità angolare ω è direttamente correlata alla velocità del motore. In termini più semplici, all'aumentare della velocità del motore, aumenta anche la velocità con cui le bobine tagliano il campo magnetico, e così anche la forza elettromagnetica posteriore.

Pensiamo a cosa succede quando avviamo per la prima volta un motore DC con spazzole di carbone. Quando l'alimentazione è accesa, la tensione applicata (V) fa fluire una corrente (I) attraverso le bobine dell'indotto. La corrente crea un campo magnetico nell'armatura, che interagisce con il campo magnetico dello statore, provocando la rotazione dell'armatura. All'inizio, quando il motore è a riposo (ω = 0), la forza elettromotrice posteriore (Eb) è zero. Secondo la legge di Ohm, la corrente che attraversa l'armatura è data da I = (V - Eb)/R, dove R è la resistenza del circuito dell'armatura. Poiché Eb = 0 all'avvio, la corrente è piuttosto elevata (I = V/R). Questa elevata corrente di avviamento può rappresentare un problema in quanto può causare un riscaldamento eccessivo del motore e persino danneggiare l'alimentatore.

Quando il motore inizia ad aumentare la velocità, la forza elettromotrice posteriore inizia ad accumularsi. All'aumentare di Eb, la corrente che scorre attraverso l'armatura diminuisce perché I = (V - Eb)/R. Alla fine, il motore raggiunge una velocità stazionaria in cui la forza controelettromotrice è aumentata a un valore tale che la corrente che scorre attraverso l'armatura è appena sufficiente a produrre la coppia necessaria per superare il carico sul motore.

La relazione tra back-EMF e velocità è lineare. Se tracciamo un grafico della forza elettromotrice posteriore rispetto alla velocità, otterremo una linea retta. Questa relazione lineare è davvero utile per controllare la velocità del motore. Ad esempio, se vogliamo aumentare la velocità del motore, possiamo aumentare la tensione applicata. All'aumentare della tensione applicata, aumenta la differenza tra la tensione applicata e la forza elettromotrice posteriore (V - Eb), che provoca un aumento della corrente che scorre attraverso l'armatura. L'aumento della corrente produce più coppia, che a sua volta fa accelerare il motore. All'aumentare della velocità, aumenta anche la forza elettromotrice posteriore fino al raggiungimento di un nuovo stato stazionario.

Se invece vogliamo diminuire la velocità del motore, possiamo diminuire la tensione applicata. Quando la tensione applicata diminuisce, la differenza (V - Eb) diminuisce, la corrente diminuisce e il motore rallenta. Man mano che la velocità diminuisce, diminuisce anche la forza elettromotrice posteriore fino a quando non viene stabilito un nuovo equilibrio.

Ora parliamo di alcune implicazioni pratiche di questa relazione. Nelle applicazioni in cui è richiesto un controllo preciso della velocità, comprendere la relazione tra velocità posteriore, EMF e velocità è fondamentale. Ad esempio, in aAzionamento motore DC senza spazzole, il sistema di controllo può utilizzare la forza elettromotrice posteriore come segnale di feedback per regolare la tensione applicata e mantenere il motore in funzione a una velocità costante.

Un altro aspetto da considerare è l’efficienza del motore. La potenza assorbita dal motore è data da Pin = V * I, e la potenza erogata è Pout = T * ω, dove T è la coppia e ω è la velocità angolare. La potenza persa nel circuito dell'armatura è Ploss = I² * R. Man mano che la forza elettromotrice posteriore aumenta con la velocità, la corrente diminuisce e così anche la perdita di potenza nell'armatura. Ciò significa che il motore è più efficiente a velocità più elevate perché viene sprecata meno energia sotto forma di calore nell'armatura.

Tuttavia, ci sono alcune limitazioni. A velocità molto elevate, le perdite meccaniche nel motore (come l'attrito nei cuscinetti e le perdite aerodinamiche) iniziano ad aumentare in modo significativo. Inoltre, la forza elettromotrice posteriore può raggiungere un valore vicino alla tensione applicata, il che limita la velocità massima che il motore può raggiungere.

In alcune applicazioni, potremmo aver bisogno di un motore in grado di funzionare a basse velocità. NostroMotore DC con spazzole a basso numero di giriè progettato per soddisfare tali requisiti. A basse velocità, la forza elettromotrice posteriore è relativamente bassa e la corrente che scorre attraverso l'armatura è maggiore rispetto al funzionamento ad alta velocità. Ciò significa che il motore può produrre più coppia a basse velocità, il che è utile in applicazioni come la robotica e i sistemi di trasporto in cui è necessaria un'elevata coppia di avviamento.

Per riassumere, la forza elettromagnetica posteriore e la velocità di un motore CC con spazzole di carbone sono strettamente correlate. La forza elettromotrice posteriore aumenta linearmente con la velocità del motore e questa relazione ha un impatto significativo sulla corrente, sulla coppia, sulla potenza e sull'efficienza del motore. Che tu stia cercando un motore per applicazioni ad alta velocità o per applicazioni a bassa velocità e coppia elevata, comprendere questa relazione può aiutarti a fare la scelta giusta.

Se sei alla ricerca di un motore DC con spazzole di carbone e hai domande su come il rapporto velocità posteriore-EMF influisce sulla tua applicazione specifica o se desideri discutere delle tue esigenze di approvvigionamento, non esitare a contattarci. Siamo qui per aiutarti a trovare il motore perfetto per il tuo progetto.

Riferimenti

• Fitzgerald, AE, Kingsley, C. e Umans, SD (2003). Macchinari elettrici. McGraw-Hill.
• Chapman, SJ (2012). Fondamenti di macchine elettriche. McGraw-Hill.