DCモーターとは何ですか? 4 線図、速度制御および AC モーターの比較- Suzhou Retek Electric Technology Co., Ltd.

DC モーターは、磁場の相互作用を通じて直流電気エネルギーを機械的回転に変換します。どのようにして DCモーターは次の原理で動作します。 ローレンツ力が最初のステップですが、正しいものを選択する必要があります 可変速 12V DC モーター 正しく配線してください。特に 4線式DCモーター接続図 —現実世界のパフォーマンスを決定します。この記事では、 DCモーターの部品 、正確な値を示します DCモーターの配線図 セットアップと説明 DCモーターの速度とトルクの制御 実用的なデータを備えたシステム。私たちも対照的です あCモーターはどのように動作するのか 明確な選択ができるようになります。

DCモーターとは何か、その回転原理は

あ DCモーターは次の原理で動作します。 ローレンツ力の法則: 電流が流れる導体が磁界の中に置かれると、機械的な力がかかります。すべてのブラシ付き DC モーターの内部では、この力が電機子巻線に作用し、シャフトを回転させるトルクが発生します。回転方向はフレミングの左手の法則によって決まります。つまり、電流または磁界の極性が逆になると、モーターの方向が変わります。永久磁石 DC モーターでは、ステーターが固定磁界を提供し、アーマチュア電流がトルクを直接制御します。関係は線形であり、トルク (Nm) はモーターのトルク定数 (Kt) と電機子電流の積になります。典型的な場合 可変速 12V DC モーター , Kt は約 0.05 Nm/A である可能性があり、2 A が約 0.1 Nm の連続トルクを生成することを意味します。

もう 1 つの重要な原理は、逆起電力 (逆 EMF) です。アーマチュアが回転すると、電源に逆らう電圧が生成されます。逆起電力と抵抗電圧降下が印加電圧と等しくなるとき、モーターの速度は安定します。この自己調整行動により、 DCモーターの速度とトルクの制御 回路を高度に予測可能にする: 電圧を下げると、新しい平衡に達するまでモーターが減速します。

Brushless DC Motor for Robotic Lawn Mower 42mm Diameter W42 Series

DC モーターのコンポーネント: 詳細な内訳

すべてのブラシ付き DC モーターは、 DCモーターの部品 効率と耐用年数に直接影響します。以下の表に主要な部品とその機能を示します。ブラシレス DC モーター (BLDC) では、機械的整流子が電子的整流に置き換えられますが、基本的な電磁コンポーネントは残ります。

ブラシ付きDCモーターの主要部品とエネルギー変換における役割
コンポーネント	材質・種類	キー機能
ステータ（界磁）	永久磁石または巻線磁界	定常磁場を生成します
アーマチュア（ローター）	銅巻線を備えたラミネートスチールコア	電流を流し、トルクを発生させる
整流子	アーマチュアシャフトの銅セグメント	アーマチュアの電流の方向を半回転ごとに反転します
ブラシ	カーボンまたはグラファイト	静的なリード線から回転する整流子に電流を転送
シャフト＆ベアリング	スチールシャフト、ボールベアリングまたはスリーブベアリング	回転をサポートし、摩擦を軽減します

別励式 DC モーター - 問題を扱うときによく発生します。 4線式DCモーター接続図 - 界磁巻線は電機子から独立して供給され、永久磁石または直列巻線タイプと比較して端子が 2 つ追加されます。これにより、界磁磁束と電機子電流を正確に独立して制御できます。これは高度な制御に不可欠です。 DCモーターの速度とトルクの制御 アプリケーション。

4 線式 DC モーターの接続と配線図の説明

あ 4線式DCモーター接続図 通常、個別励磁 DC モーター、またはアクセス可能な界磁巻線と電機子巻線を備えたユニバーサルモーターを表します。 4 つの端子には、A1 と A2 (アーマチュア) および F1 と F2 (フィールド) のマークが付いています。正しい DCモーターの配線図 このタイプの電機子回路と界磁回路は完全に分離されます。以下の表は、可変速ドライブで使用される標準的な接続方式を示しています。永久磁石モーターを使用している場合、ワイヤーは 2 本のみで、磁界は固定磁石によって提供されるため、セットアップが大幅に簡素化されます。

他励式 4 線 DC モーターの一般的な端子の識別と接続
モーター端子	ワイヤーの色 (標準)	接続先
あ1	赤	あrmature supply positive (from H-bridge or PWM driver)
あ2	ブラック	あrmature supply negative
F1	白とか黄色とか	フィールド電源プラス (安定化 DC、定電圧または定電流)
F2	ブルー	フィールド電源マイナス

を使用するときは、 可変速 12V DC モーター 4 線構成では、アーマチュア回路は通常、公称 12 V で動作する PWM コントローラによって駆動され、フィールド回路は安定した 12 V (またはそれより低い安定化電圧) を受け取り、一定のフィールド強度を維持します。アーマチュア接続またはフィールド接続のいずれかを逆にすると (両方を逆にすることはできません)、回転が逆になります。一部のドライブは界磁弱化もサポートしています。界磁電圧を公称値以下に下げると、トルクを犠牲にして速度が増加します。これは、ベース速度を超える定電力動作に使用される手法です。

可変速 12V DC モーターの速度とトルクの制御

正確な DCモーターの速度とトルクの制御 回路はパルス幅変調から始まります。のために 可変速 12V DC モーター 、20 kHz での MOSFET ベースの H ブリッジスイッチングは、0 ～ 12 V の平均電圧を供給します。テストされた 12 V、50 W DC モーターでは、100% デューティサイクルでの無負荷速度は 3200 RPM でした。 50% のデューティサイクルでは、速度リップルが 2% 未満でスムーズな回転を維持しながら、速度は約 1550 RPM まで低下しました。ただし、トルクは平均電流にほぼ比例するままでした。1 A でモーターは 0.12 Nm を生成しました。 3 A で、トルクは 0.35 Nm に達しました。この線形の電流とトルクの関係により、電機子電流を検出し、事前に設定されたしきい値を超えた場合に PWM デューティサイクルを低減することで、トルク制限を簡単に実装できます。

クローズドループ制御により性能がさらに向上します。モーターシャフトに直角位相エンコーダーを追加すると、マイクロコントローラーは設定速度を±1%以内に維持できます。トルクを調整するには、アーマチュアループ内の電流センサーが PI コントローラーに信号を供給し、リアルタイムで PWM 信号を調整します。産業環境では、他励式モーターと 4線式DCモーター接続図 界磁指向制御の追加オプションを提供します。低速で高トルクを得るために一定の界磁電圧を維持し、その後、界磁を弱めて速度範囲を拡大します。データによると、界磁電流を 30% 削減すると、利用可能なトルクは逆に低下しますが、最高速度は約 40% 増加します。

DC モーターと AC モーター: AC モーターはどのように動作するのでしょうか?

理解する あCモーターはどのように動作するのか DC モーターの利点と限界を明確にするのに役立ちます。最も一般的な AC 誘導モーターは、回転磁場の原理で動作します。三相交流が 120°間隔で配置された固定子巻線を流れると、同期速度 (60 Hz 電源の 4 極モーターの場合 1800 RPM) で回転する磁界が生成されます。この回転磁界によりローターバーに電流が誘導され、その相互作用によってトルクが生成されます。単相誘導モーターは、位相シフトを作成して回転を開始するために始動巻線とコンデンサーを必要とします。 DC モーターとは異なり、誘導モーターの速度は電源周波数とスリップに密接に関係しています (通常、全負荷時の同期速度より 2 ～ 5% 低くなります)。

対照的に、 可変速 12V DC モーター 電圧を調整するだけで速度が変化し、複雑な駆動電子機器を使用せずに始動トルクが定格トルクの 200% を超えることができます。 AC モーターは定速、高出力アプリケーションに優れていますが、DC モーター、特にブラシ付きおよび BLDC タイプは、バッテリー駆動の高精度サーボタスクを支配します。の DCモーターの配線図 可変速度のセットアップも簡単です。単一の PWM コントローラと、AC 速度制御に必要な可変周波数ドライブが必要です。どちらを選択するかは、必要な速度範囲、メンテナンス耐性、利用可能な電源によって決まります。

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