چه رابطه‌ای بین نیروی محرکه الکترومغناطیسی معکوس و سرعت یک موتور DC با جاروبک کربنی وجود دارد؟

سلام! به عنوان تامین کننده موتورهای DC Carbon Brushed، اغلب در مورد رابطه بین عقب - EMF و سرعت این موتورها سؤال می شود. بنابراین، فکر کردم این وبلاگ را بنویسم تا آن را به روشی که به راحتی قابل درک باشد، تجزیه کنم.

بیایید با اصول اولیه شروع کنیم. موتور DC Carbon Brushed نوعی موتور الکتریکی است که از برس های کربنی برای انتقال جریان الکتریکی به قسمت چرخان موتور که به آرمیچر معروف است استفاده می کند. این موتورها به دلیل طراحی نسبتا ساده و مقرون به صرفه بودن به طور گسترده در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. شما می توانید ما را بررسی کنیدموتور DC Carbon Brushedبرای جزئیات بیشتر در مورد محصولات ما ارائه می دهیم.

حالا، چه چیزی برگشته است - EMF؟ عقب - EMF یا نیروی الکتروموتور پشتی، ولتاژی است که هنگام چرخش موتور در موتور ایجاد می شود. طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، هنگامی که یک هادی (در این مورد، سیم‌پیچ‌های موجود در آرمیچر موتور) در یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، نیروی الکتروموتور به هادی القا می‌شود. در موتورهای DC، با چرخش آرمیچر، سیم پیچ ها میدان مغناطیسی تولید شده توسط استاتور را قطع می کنند و این باعث القای ولتاژی می شود که مخالف ولتاژ اعمال شده است.

فرمول پشت - EMF (Eb) در یک موتور DC با Eb = k * Φ * ω داده می شود، که در آن k ثابتی است که به ساختار موتور بستگی دارد (مانند تعداد دورهای سیم پیچ و غیره)، Φ شار مغناطیسی و ω سرعت زاویه ای موتور است. سرعت زاویه ای ω با سرعت موتور ارتباط مستقیم دارد. به عبارت ساده تر، با افزایش سرعت موتور، سرعت برش سیم پیچ ها از طریق میدان مغناطیسی نیز افزایش می یابد، و همچنین پشت - EMF افزایش می یابد.

بیایید به این فکر کنیم که چه اتفاقی می افتد زمانی که برای اولین بار موتور DC Carbon Brushed را راه اندازی می کنیم. هنگامی که برق روشن می شود، ولتاژ اعمال شده (V) باعث می شود جریان (I) از سیم پیچ های آرمیچر عبور کند. جریان یک میدان مغناطیسی در آرمیچر ایجاد می کند که با میدان مغناطیسی استاتور در تعامل است و باعث می شود آرمیچر شروع به چرخش کند. در همان ابتدا، هنگامی که موتور در حالت استراحت است (ω = 0)، عقب - EMF (Eb) صفر است. طبق قانون اهم، جریان عبوری از آرمیچر با I = (V - Eb)/R داده می شود که R مقاومت مدار آرمیچر است. از آنجایی که Eb = 0 در هنگام راه اندازی، جریان بسیار زیاد است (I = V/R). این جریان راه اندازی بالا می تواند کمی مشکل ساز باشد زیرا می تواند باعث گرم شدن بیش از حد موتور شود و حتی ممکن است به منبع تغذیه آسیب برساند.

همانطور که موتور شروع به افزایش سرعت می کند، پشت - EMF شروع به ایجاد می کند. با افزایش Eb، جریان عبوری از آرمیچر کاهش می یابد زیرا I = (V - Eb)/R. در نهایت، موتور به یک سرعت حالت ثابت می رسد که در آن EMF عقب به مقداری افزایش می یابد که جریان عبوری از آرمیچر فقط برای تولید گشتاور لازم برای غلبه بر بار روی موتور کافی است.

رابطه بین برگشت - EMF و سرعت خطی است. اگر نموداری از عقب - EMF در مقابل سرعت رسم کنیم، یک خط مستقیم خواهیم داشت. این رابطه خطی در کنترل سرعت موتور واقعا مفید است. برای مثال اگر بخواهیم سرعت موتور را افزایش دهیم می توانیم ولتاژ اعمالی را افزایش دهیم. با افزایش ولتاژ اعمال شده، اختلاف بین ولتاژ اعمال شده و EMF پشتی (V - Eb) افزایش می یابد که باعث افزایش جریان عبوری از آرمیچر می شود. جریان افزایش یافته گشتاور بیشتری تولید می کند که به نوبه خود باعث افزایش سرعت موتور می شود. با افزایش سرعت، عقب - EMF نیز افزایش می‌یابد تا زمانی که به یک حالت ثابت جدید برسد.

از طرفی اگر بخواهیم سرعت موتور را کاهش دهیم می توانیم ولتاژ اعمالی را کاهش دهیم. هنگامی که ولتاژ اعمال شده کاهش می یابد، اختلاف (V - Eb) کوچکتر می شود، جریان کاهش می یابد و موتور کند می شود. با کاهش سرعت، پشت - EMF نیز کاهش می یابد تا زمانی که یک تعادل جدید برقرار شود.

حال، اجازه دهید در مورد برخی از پیامدهای عملی این رابطه صحبت کنیم. در کاربردهایی که کنترل دقیق سرعت مورد نیاز است، درک رابطه عقب - EMF - سرعت بسیار مهم است. به عنوان مثال، در یکدرایو موتور بدون جاروبک DC، سیستم کنترل می تواند از back - EMF به عنوان سیگنال بازخورد برای تنظیم ولتاژ اعمال شده و حفظ سرعت موتور در سرعت ثابت استفاده کند.

یکی دیگر از مواردی که باید در نظر گرفته شود کارایی موتور است. توان ورودی به موتور با پین = V * I داده می شود و توان خروجی Pout = T * ω است که T گشتاور و ω سرعت زاویه ای است. توان تلف شده در مدار آرمیچر Ploss = I² * R است. با افزایش سرعت EMF پشتی، جریان کاهش می‌یابد و افت توان در آرمیچر نیز کاهش می‌یابد. این بدان معنی است که موتور در سرعت های بالاتر کارآمدتر است زیرا انرژی کمتری به عنوان گرما در آرمیچر تلف می شود.

با این حال، محدودیت هایی وجود دارد. در سرعت های بسیار بالا، تلفات مکانیکی در موتور (مانند اصطکاک در یاتاقان ها و تلفات باد) شروع به افزایش قابل توجهی می کند. همچنین، پشت - EMF می تواند به مقداری نزدیک به ولتاژ اعمال شده برسد، که حداکثر سرعتی را که موتور می تواند به دست آورد، محدود می کند.

در برخی از کاربردها، ممکن است به موتوری نیاز داشته باشیم که بتواند در سرعت های پایین کار کند. ماموتور برس دار DC RPM پایینبرای برآوردن چنین الزاماتی طراحی شده است. در سرعت های پایین، EMF پشتی نسبتا کم است و جریان عبوری از آرمیچر در مقایسه با عملکرد با سرعت بالا بیشتر است. این بدان معناست که موتور می‌تواند گشتاور بیشتری را در سرعت‌های پایین تولید کند که در کاربردهایی مانند روباتیک و سیستم‌های نوار نقاله که به گشتاور راه‌اندازی بالا نیاز است، مفید است.

به طور خلاصه، عقب - EMF و سرعت موتور DC Carbon Brushed ارتباط نزدیکی دارند. عقب - EMF با سرعت موتور به صورت خطی افزایش می یابد و این رابطه تأثیر قابل توجهی بر جریان، گشتاور، قدرت و راندمان موتور دارد. چه به دنبال موتوری برای کاربردهای پرسرعت باشید و چه برای کاربردهای با سرعت کم و گشتاور بالا، درک این رابطه می تواند به شما در انتخاب درست کمک کند.

اگر به دنبال موتور DC Carbon Brushed در بازار هستید و سؤالی در مورد اینکه چگونه رابطه عقب - EMF - سرعت بر روی برنامه خاص شما تأثیر می‌گذارد دارید، یا اگر می‌خواهید در مورد نیازهای خرید خود صحبت کنید، دریغ نکنید. ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم موتور مناسب برای پروژه خود را پیدا کنید.

مراجع

• فیتزجرالد، AE، کینگزلی، سی، و اومانز، SD (2003). ماشین آلات الکتریکی. مک گراو - هیل.
• چپمن، اس جی (2012). اصول ماشین آلات الکتریکی مک گراو - هیل.