Aký je vzťah medzi spätnou elektromotorickou silou a rýchlosťou jednosmerného motora s uhlíkovými kefkami?

Ahoj! Ako dodávateľ DC Carbon Brushed Motors sa ma často pýtajú na vzťah medzi back - EMF a rýchlosťou týchto motorov. Tak som si povedal, že napíšem tento blog, aby som to rozobral spôsobom, ktorý je ľahko pochopiteľný.

Začnime od základov. Jednosmerný uhlíkový motor je typ elektromotora, ktorý využíva uhlíkové kefky na prenos elektrického prúdu do rotujúcej časti motora, známej ako kotva. Tieto motory sú široko používané v rôznych aplikáciách, pretože sú relatívne jednoduché v dizajne a nákladovo efektívne. Môžete si pozrieť našeDC uhlíkový kartáčovaný motorpre viac informácií o produktoch, ktoré ponúkame.

Teraz, čo je späť - EMF? Späť - EMF alebo spätná elektromotorická sila je napätie, ktoré sa generuje v motore, keď sa otáča. Podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie, keď sa vodič (v tomto prípade cievky v kotve motora) pohybuje magnetickým poľom, vo vodiči sa indukuje elektromotorická sila. V jednosmernom motore, keď sa kotva točí, cievky pretínajú magnetické pole vytvárané statorom a to indukuje napätie, ktoré je proti priloženému napätiu.

Vzorec pre spätné EMF (Eb) v jednosmernom motore je daný vzťahom Eb = k * Φ * ω, kde k je konštanta, ktorá závisí od konštrukcie motora (ako je počet závitov cievky atď.), Φ je magnetický tok a ω je uhlová rýchlosť motora. Uhlová rýchlosť ω priamo súvisí s rýchlosťou motora. Zjednodušene povedané, so zvyšujúcou sa rýchlosťou motora sa zvyšuje aj rýchlosť, ktorou cievky prerezávajú magnetické pole, a tým aj zadná časť - EMF.

Zamyslime sa nad tým, čo sa stane, keď prvýkrát naštartujeme jednosmerný uhlíkový motor. Keď je napájanie zapnuté, aplikované napätie (V) spôsobí, že cez cievky kotvy preteká prúd (I). Prúd vytvára magnetické pole v kotve, ktoré interaguje s magnetickým poľom statora, čo spôsobuje, že sa kotva začne otáčať. Na samom začiatku, keď je motor v pokoji (ω = 0), je zadná časť - EMF (Eb) nulová. Podľa Ohmovho zákona je prúd pretekajúci kotvou daný vzťahom I = (V - Eb)/R, kde R je odpor obvodu kotvy. Pretože Eb = 0 pri štarte, prúd je dosť vysoký (I = V/R). Tento vysoký štartovací prúd môže byť trochu problém, pretože môže spôsobiť nadmerné zahrievanie motora a môže dokonca poškodiť napájací zdroj.

Keď motor začne naberať rýchlosť, zadné - EMF sa začne hromadiť. Keď sa Eb zvyšuje, prúd pretekajúci kotvou klesá, pretože I = (V - Eb)/R. Nakoniec motor dosiahne ustálenú rýchlosť, pri ktorej sa spätné EMF zvýšilo na takú hodnotu, že prúd pretekajúci cez kotvu je práve dostatočný na vytvorenie krútiaceho momentu potrebného na prekonanie zaťaženia motora.

Vzťah medzi chrbtom - EMF a rýchlosťou je lineárny. Ak nakreslíme graf späť - EMF verzus rýchlosť, dostaneme priamku. Tento lineárny vzťah je skutočne užitočný pri riadení rýchlosti motora. Napríklad, ak chceme zvýšiť rýchlosť motora, môžeme zvýšiť aplikované napätie. Pri zvyšovaní aplikovaného napätia sa zvyšuje rozdiel medzi aplikovaným napätím a zadným - EMF (V - Eb), čo spôsobuje zvýšenie prúdu pretekajúceho cez kotvu. Zvýšený prúd vytvára väčší krútiaci moment, čo následne spôsobuje zrýchlenie motora. So zvyšujúcou sa rýchlosťou sa zvyšuje aj zadné EMF, kým sa nedosiahne nový ustálený stav.

Na druhej strane, ak chceme znížiť rýchlosť motora, môžeme znížiť aplikované napätie. Pri znižovaní aplikovaného napätia sa rozdiel (V - Eb) zmenšuje, prúd klesá a motor sa spomaľuje. S klesajúcou rýchlosťou klesá aj back - EMF, kým sa nenastolí nová rovnováha.

Teraz si povedzme o niektorých praktických dôsledkoch tohto vzťahu. V aplikáciách, kde sa vyžaduje presná regulácia rýchlosti, je kľúčové pochopiť vzťah medzi chrbtom – EMF – rýchlosťou. Napríklad v aJednosmerný bezkomutátorový motorový pohon, riadiaci systém môže použiť spätné EMF ako spätnoväzbový signál na úpravu použitého napätia a udržanie chodu motora na konštantnej rýchlosti.

Ďalším aspektom, ktorý treba zvážiť, je účinnosť motora. Príkon motora je daný Pin = V * I a výstupný výkon je Pout = T * ω, kde T je krútiaci moment a ω je uhlová rýchlosť. Strata výkonu v obvode kotvy je Ploss = I² * R. Keď sa spätné EMF zvyšuje s rýchlosťou, prúd klesá a tým aj strata výkonu v kotve. To znamená, že motor je efektívnejší pri vyšších rýchlostiach, pretože menej energie sa plytvá ako teplo v kotve.

Existujú však určité obmedzenia. Pri veľmi vysokých otáčkach sa mechanické straty v motore (ako je trenie v ložiskách a straty vetrom) začínajú výrazne zvyšovať. Tiež zadná - EMF môže dosiahnuť hodnotu blízku použitému napätiu, čo obmedzuje maximálnu rýchlosť, ktorú môže motor dosiahnuť.

V niektorých aplikáciách môžeme potrebovať motor, ktorý môže pracovať pri nízkych rýchlostiach. nášNízke otáčky jednosmerného kartáčovaného motoraje navrhnutý tak, aby spĺňal takéto požiadavky. Pri nízkych rýchlostiach je spätné EMF relatívne nízke a prúd pretekajúci kotvou je vyšší v porovnaní s vysokorýchlostnou prevádzkou. To znamená, že motor môže produkovať väčší krútiaci moment pri nízkych rýchlostiach, čo je užitočné v aplikáciách ako robotika a dopravníkové systémy, kde je potrebný vysoký rozbehový krútiaci moment.

Aby som to všetko zhrnul, zadná časť - EMF a rýchlosť DC uhlíkového kartáčovaného motora spolu úzko súvisia. Zadná strana - EMF sa zvyšuje lineárne s rýchlosťou motora a tento vzťah má významný vplyv na prúd motora, krútiaci moment, výkon a účinnosť. Či už hľadáte motor pre vysokorýchlostné aplikácie alebo nízkorýchlostné aplikácie s vysokým krútiacim momentom, pochopenie tohto vzťahu vám môže pomôcť urobiť správnu voľbu.

Ak hľadáte jednosmerný uhlíkový kartáčovaný motor a máte nejaké otázky o tom, ako vzťah medzi zadnou – EMF – rýchlosťou ovplyvňuje vašu konkrétnu aplikáciu, alebo ak chcete prediskutovať svoje potreby obstarávania, neváhajte a oslovte. Sme tu, aby sme vám pomohli nájsť ideálny motor pre váš projekt.

Referencie

• Fitzgerald, AE, Kingsley, C., & Umans, SD (2003). Elektrické stroje. McGraw - Hill.
• Chapman, SJ (2012). Základy elektrických strojov. McGraw - Hill.