Il principio di funzionamento del motore DC

.Una macchina a corrente continua (macchina DC) si riferisce a un motore rotante in grado di convertire l'energia elettrica dalla corrente continua in energia meccanica (come un motore DC) o convertire l'energia meccanica in energia elettrica a corrente continua (come un generatore DC). È un tipo di motore che facilita la conversione reciproca tra energia elettrica e meccanica. Quando funziona come motore, funziona come un motore CC, convertendo l'energia elettrica in energia meccanica; quando funziona come generatore, funziona come un generatore DC, convertendo l'energia meccanica in energia elettrica.

 

Struttura della composizione

La struttura di un motore DC dovrebbe essere costituita da due parti principali: lo statore e il rotore. La parte stazionaria di un motore CC durante il funzionamento è chiamata statore. La funzione principale dello statore è generare un campo magnetico, composto dalla base del motore, dai poli magnetici principali, dai poli di inversione, dai cappucci terminali, dai cuscinetti e dai dispositivi a spazzole. La parte che ruota durante il funzionamento è chiamata rotore, che genera principalmente coppia elettromagnetica e forza elettromotrice indotta. È il fulcro per la conversione dell'energia nei motori CC, quindi viene solitamente chiamato armatura, costituito da un albero, un nucleo dell'armatura, un avvolgimento dell'armatura, un commutatore e una ventola.

 

Polo magnetico principale

La funzione del polo magnetico principale è quella di generare un campo magnetico traferro. Il polo magnetico principale è costituito da due parti: il nucleo di ferro del polo magnetico principale e l'avvolgimento di eccitazione. Il nucleo di ferro è generalmente costituito da piastre di acciaio al silicio spesse da 0,5 mm a 1,5 mm, che vengono pressate e rivettate insieme. È diviso in due parti: il corpo del palo e le scarpette. La parte superiore dell'avvolgimento di eccitazione è chiamata corpo polare, mentre la parte allargata sul fondo è chiamata espansioni polari. Le espansioni polari sono più larghe del corpo polare, il che può regolare la distribuzione del campo magnetico nel traferro e facilitare il fissaggio dell'avvolgimento di eccitazione. L'avvolgimento di eccitazione è costituito da filo di rame isolato e avvolto attorno al nucleo del polo magnetico principale. L'intero polo magnetico principale è fissato al basamento della macchina con viti,

Polo invertitore

La funzione del polo invertitore è quella di migliorare la commutazione e ridurre le possibili scintille di commutazione tra elettrospazzola e collettore durante il funzionamento del motore. Viene generalmente installato tra due poli magnetici principali adiacenti ed è costituito da un nucleo in ferro a polo invertito e da un avvolgimento a polo invertito. L'avvolgimento del polo di inversione è costituito da fili isolati avvolti attorno al nucleo di ferro del polo di inversione e il numero di poli di inversione è uguale ai poli magnetici principali.

 

Base della macchina

Il guscio esterno dello statore del motore è chiamato base. La funzione del basamento della macchina è duplice:

Uno viene utilizzato per fissare il polo magnetico principale, il polo di inversione e il coperchio terminale, nonché per supportare e fissare l'intero motore;

In secondo luogo, anche la base della macchina stessa fa parte del circuito magnetico, che forma il percorso magnetico tra i poli magnetici. La parte attraverso la quale passa il flusso magnetico è chiamata giogo magnetico. Per garantire che la base della macchina abbia sufficiente resistenza meccanica e buona conduttività magnetica, generalmente è realizzata in acciaio fuso o saldata da piastre di acciaio.

 

Dispositivo spazzola elettrica

Il dispositivo a spazzola elettrica viene utilizzato per introdurre o estrarre tensione CC e corrente CC. Il dispositivo a spazzola elettrica è composto da una spazzola elettrica, un portaspazzola, un'asta per spazzola e un portaspazzola. La spazzola elettrica viene inserita nel portaspazzola e compressa con una molla per garantire un buon contatto di scorrimento tra spazzola e collettore. Il portaspazzole è fissato sull'asta della spazzola, che è montata su una sede circolare dell'asta della spazzola e deve essere isolata l'una dall'altra. La sede dell'asta della spazzola è installata sul coperchio terminale o sul coperchio interno del cuscinetto e la posizione circonferenziale può essere regolata. Dopo la regolazione, il problema viene risolto.

 

(1)Nucleo in ferro dell'armatura

Il nucleo dell'indotto è la parte principale del circuito magnetico principale e viene utilizzato per incorporare l'avvolgimento dell'indotto. Il nucleo generale in ferro dell'armatura è costituito da lamiere di acciaio al silicio spesse 0,5 mm, punzonate e laminate per ridurre le correnti parassite e le perdite per isteresi generate nel nucleo in ferro dell'armatura durante il funzionamento del motore. Il nucleo di ferro impilato è fissato sull'albero o sulla staffa del rotore. Il cerchio esterno del nucleo di ferro presenta fessure di armatura, nelle quali sono incorporati gli avvolgimenti di armatura.

(2)Avvolgimento dell'indotto

La funzione dell'avvolgimento dell'indotto è quella di generare coppia elettromagnetica e forza elettromotrice indotta, ed è un componente chiave per la conversione dell'energia nei motori CC, per questo viene chiamato armatura. È composto da numerose bobine (di seguito denominate componenti) collegate secondo determinate regole. Le bobine sono avvolte con filo smaltato ad alta resistenza- o con filo piatto di rame avvolto in fibra di vetro. I bordi delle diverse bobine sono divisi in strati superiori e inferiori e incorporati nella fessura dell'armatura. L'isolamento tra la bobina e il nucleo di ferro, nonché tra i bordi superiore e inferiore della bobina, deve essere adeguatamente mantenuto. Per evitare che la forza centrifuga spinga il bordo della bobina fuori dalla fessura, la fessura viene fissata con cunei. La parte di connessione terminale della bobina che si estende fuori dallo slot è legata con nastro di vetro non tessuto termoindurente.

 

(3)Commutatore

In un motore CC, il commutatore è dotato di spazzole elettriche, che possono convertire la potenza CC esterna in corrente alternata nella bobina dell'armatura, mantenendo costante la direzione della coppia elettromagnetica; In un generatore DC, il commutatore è dotato di spazzole elettriche, che possono convertire la forza elettromotrice alternata indotta nella bobina dell'armatura in forza elettromotrice diretta prelevata dalle spazzole elettriche positive e negative. Un commutatore è un corpo cilindrico composto da molti segmenti del commutatore, isolati con fogli di mica tra di loro.

 

(4)Albero rotante

L'albero svolge un ruolo di supporto nella rotazione del rotore e richiede un certo grado di resistenza meccanica e rigidità. Generalmente viene lavorato in acciaio tondo

Categorie principali

 

(5)Generatore CC

Un generatore DC è una macchina che converte l'energia meccanica in energia elettrica DC. Viene utilizzato principalmente come fonte di energia di eccitazione per motori CC, elettrolisi, galvanica, fusione elettrica, ricarica e generatori CA. Sebbene i componenti del raddrizzatore di potenza siano utilizzati anche in luoghi in cui è necessaria la corrente continua per convertire la corrente alternata in corrente continua, in termini di alcuni aspetti prestazionali, le fonti di alimentazione del raddrizzatore di corrente alternata non possono sostituire completamente i generatori di corrente continua.

(6)Motore CC

Un dispositivo rotante che converte l'energia della corrente continua in energia meccanica. Lo statore del motore elettrico fornisce un campo magnetico, l'alimentatore CC fornisce corrente all'avvolgimento del rotore e il commutatore mantiene costanti la direzione della corrente del rotore e la coppia generata dal campo magnetico. I motori CC possono essere suddivisi in due categorie a seconda che siano dotati di commutatori a spazzole comunemente utilizzati, inclusi motori CC con spazzole e motori CC senza spazzole.

Il motore CC senza spazzole è un nuovo tipo di motore CC sviluppato negli ultimi anni con lo sviluppo della tecnologia dei microprocessori, l'applicazione di nuovi dispositivi elettronici di potenza con elevata frequenza di commutazione e basso consumo energetico, nonché l'ottimizzazione dei metodi di controllo e l'emergere di materiali a magneti permanenti a basso-costo e ad alto livello di energia magnetica.

(7)Principio di controllo

Il principio di controllo di un motore CC senza spazzole è che per far ruotare il motore, l'unità di controllo deve prima determinare la posizione del rotore del motore rilevata dal sensore Hall, quindi decidere l'ordine di accensione (o spegnimento) dei transistor di potenza nell'inverter in base all'avvolgimento dello statore. AH, BH, CH (chiamati transistor di potenza del braccio superiore) e AL, BL, CL (chiamati transistor di potenza del braccio inferiore) nell'inverter fanno fluire la corrente attraverso la bobina del motore in sequenza per generare un campo magnetico rotante in avanti (o inverso) e interagire con il magnete del rotore, in modo da far ruotare il motore in senso orario/antiorario. Quando il rotore del motore ruota nella posizione in cui un altro set di segnali viene rilevato dal sensore Hall, l'unità di controllo accende il successivo set di transistor di potenza, in modo che il motore ciclico possa continuare a ruotare nella stessa direzione finché l'unità di controllo non decide di arrestare il rotore del motore e spegnere i transistor di potenza (o accendere solo i transistor di potenza del braccio inferiore); Se il rotore del motore deve essere invertito, l'ordine di attivazione del transistor di potenza viene invertito.

 

Fondamentalmente, il metodo di apertura dei transistor di potenza può essere esemplificato come segue: gruppo AH, BL → gruppo AH, CL → gruppo BH, CL → gruppo BH, AL → gruppo CH, AL → gruppo CH, BL, ma non deve essere aperto come AH, AL o BH, BL o CH, CL. Inoltre, poiché i componenti elettronici hanno sempre un tempo di risposta dell'interruttore, è necessario tenere conto del tempo di risposta del transistor di potenza durante lo spegnimento e l'accensione. Altrimenti, quando il braccio superiore (o il braccio inferiore) non è completamente spento, il braccio inferiore (o il braccio superiore) sarà già acceso, provocando un cortocircuito tra i bracci superiore e inferiore e la bruciatura del transistor di potenza.

 

Quando il motore gira, l'unità di controllo confronterà il comando composto dalla velocità e dal tasso di accelerazione/decelerazione impostato dal conducente con la velocità di variazione del segnale del sensore Hall (o calcolata dal software) per determinare se il successivo set di interruttori (AH, BL o AH, CL o BH, CL o...) deve essere acceso e la durata del tempo di accensione. Se la velocità non è sufficiente, verrà estesa; se la velocità è troppo alta, verrà ridotta. Questa parte del lavoro è completata da PWM. PWM è il modo per determinare se la velocità del motore è veloce o lenta e come generare tale PWM è fondamentale per ottenere un controllo della velocità più preciso.

 

Il controllo ad alta-velocità deve considerare se la risoluzione CLOCK del sistema è sufficiente per cogliere il tempo di elaborazione delle istruzioni del software. Inoltre, il metodo di accesso ai dati per le modifiche del segnale del sensore Hall influisce anche sulle prestazioni del processore, sulla precisione di giudizio e sulle prestazioni in tempo reale-. Per quanto riguarda il controllo della velocità a bassa-velocità, in particolare l'avviamento a bassa-velocità, i cambiamenti nel segnale restituito dal sensore Hall diventano più lenti. È molto importante estrarre il segnale, elaborarlo al momento giusto e configurare opportunamente i valori dei parametri di controllo in base alle caratteristiche del motore. In alternativa, il feedback della velocità può essere regolato in base alle modifiche dell'encoder per aumentare la risoluzione del segnale per un migliore controllo. Il motore può funzionare senza intoppi e rispondere bene e l'adeguatezza del controllo PID non può essere ignorata. Come accennato in precedenza, il motore CC senza spazzole è un controllo a circuito chiuso-, quindi il segnale di feedback equivale a comunicare al reparto di controllo quanto la velocità del motore è ancora diversa dalla velocità target, che rappresenta l'errore. Conoscere l'errore richiede naturalmente una compensazione, che può essere ottenuta attraverso controlli tecnici tradizionali come il controllo PID. Tuttavia, lo stato e l'ambiente di controllo sono in realtà complessi e in continua-evoluzione. Per ottenere un controllo robusto e duraturo, i fattori da considerare potrebbero non essere completamente controllati dal controllo ingegneristico tradizionale. Pertanto, anche il controllo fuzzy, i sistemi esperti e le reti neurali verranno inclusi come teorie importanti per il controllo PID intelligente.