Le principe de fonctionnement du moteur à courant continu

.Une machine à courant continu (machine à courant continu) fait référence à un moteur rotatif capable de convertir l'énergie électrique du courant continu en énergie mécanique (en tant que moteur à courant continu) ou de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique en courant continu (en tant que générateur à courant continu). C'est un type de moteur qui facilite la conversion mutuelle entre l'énergie électrique et mécanique. Lorsqu'il fonctionne comme moteur, il fonctionne comme un moteur à courant continu, convertissant l'énergie électrique en énergie mécanique ; lorsqu'il fonctionne comme un générateur, il fonctionne comme un générateur à courant continu, convertissant l'énergie mécanique en énergie électrique.

 

Structure de la composition

La structure d’un moteur à courant continu doit être composée de deux parties principales : le stator et le rotor. La partie stationnaire d'un moteur à courant continu pendant son fonctionnement est appelée stator. La fonction principale du stator est de générer un champ magnétique composé de la base du moteur, des pôles magnétiques principaux, des pôles d'inversion, des embouts, des roulements et des dispositifs à balais. La partie qui tourne pendant le fonctionnement s'appelle le rotor, qui génère principalement un couple électromagnétique et une force électromotrice induite. Il s'agit du moyeu de conversion d'énergie dans les moteurs à courant continu, c'est pourquoi on l'appelle généralement l'induit, composé d'un arbre, d'un noyau d'induit, d'un enroulement d'induit, d'un collecteur et d'un ventilateur.

 

Pôle magnétique principal

La fonction du pôle magnétique principal est de générer un champ magnétique entrefer. Le pôle magnétique principal se compose de deux parties : le noyau de fer du pôle magnétique principal et l'enroulement d'excitation. Le noyau de fer est généralement constitué de plaques d'acier au silicium de 0,5 à 1,5 mm d'épaisseur, pressées et rivetées ensemble. Il est divisé en deux parties : le corps du bâton et les patins du bâton. La partie supérieure de l'enroulement d'excitation est appelée corps polaire, et la partie inférieure élargie est appelée chaussures polaires. Les chaussures polaires sont plus larges que le corps polaire, ce qui permet d'ajuster la répartition du champ magnétique dans l'entrefer et de faciliter la fixation de l'enroulement d'excitation. L'enroulement d'excitation est constitué d'un fil de cuivre isolé et enroulé autour du noyau du pôle magnétique principal. L'ensemble du pôle magnétique principal est fixé au socle de la machine avec des vis,

Poteau inverseur

La fonction du pôle inverseur est d'améliorer la commutation et de réduire les éventuelles étincelles de commutation entre la brosse électrique et le collecteur pendant le fonctionnement du moteur. Il est généralement installé entre deux pôles magnétiques principaux adjacents et se compose d'un noyau de fer à pôle inverseur et d'un enroulement de pôle inverseur. L'enroulement du pôle inverseur est constitué de fils isolés enroulés autour du noyau de fer du pôle inverseur, et le nombre de pôles inverseurs est égal aux pôles magnétiques principaux.

 

Socle de machines

L’enveloppe extérieure du stator du moteur s’appelle la base. La fonction du socle machine est double :

L'un est utilisé pour fixer le pôle magnétique principal, le pôle inverseur et le couvercle d'extrémité, ainsi que pour soutenir et fixer l'ensemble du moteur ;

Deuxièmement, le socle de la machine lui-même fait également partie du circuit magnétique, qui forme le chemin magnétique entre les pôles magnétiques. La partie traversée par le flux magnétique est appelée la culasse magnétique. Pour garantir que le socle de la machine présente une résistance mécanique suffisante et une bonne conductivité magnétique, il est généralement réalisé en acier moulé ou soudé à partir de tôles d'acier.

 

Appareil à brosse électrique

Le dispositif à brosse électrique est utilisé pour introduire ou extraire une tension continue et un courant continu. Le dispositif de brosse électrique se compose d'une brosse électrique, d'un porte-brosse, d'une tige de brosse et d'un support de tige de brosse. Le balai électrique est placé dans le porte-balai et comprimé avec un ressort pour assurer un bon contact glissant entre le balai et le collecteur. Le porte-balais est fixé sur la tige de brosse, qui est montée sur un siège de tige de brosse circulaire et doit être isolée les unes des autres. Le siège de la tige de brosse est installé sur le couvercle d'extrémité ou sur le couvercle intérieur du roulement, et la position circonférentielle peut être ajustée. Après réglage, il est corrigé.

 

(1) Noyau de fer d'armature

Le noyau d'induit est la partie principale du circuit magnétique principal et est utilisé pour intégrer l'enroulement d'induit. Le noyau de fer d'armature général est constitué de tôles d'acier au silicium de 0,5 mm d'épaisseur perforées et laminées pour réduire les pertes par courants de Foucault et par hystérésis générées dans le noyau de fer d'armature pendant le fonctionnement du moteur. Le noyau de fer empilé est fixé sur l'arbre ou le support du rotor. Le cercle extérieur du noyau de fer comporte des fentes d'induit dans lesquelles sont intégrés les enroulements d'induit.

(2) Enroulement d'induit

La fonction de l'enroulement d'induit est de générer un couple électromagnétique et une force électromotrice induite. Il s'agit d'un élément clé pour la conversion d'énergie dans les moteurs à courant continu, c'est pourquoi on l'appelle l'induit. Il est composé de nombreuses bobines (ci-après dénommées composants) connectées selon certaines règles. Les bobines sont enroulées avec du fil émaillé à haute résistance ou du fil de cuivre plat enveloppé de fibre de verre. Les bords des différentes bobines sont divisés en couches supérieure et inférieure et intégrés dans la fente d'armature. L'isolation entre la bobine et le noyau de fer, ainsi qu'entre les bords supérieur et inférieur de la bobine, doit être correctement entretenue. Pour empêcher la force centrifuge de projeter le bord de la bobine hors de la fente, la fente est fixée avec des cales. La partie de connexion d'extrémité de la bobine sortant de la fente est attachée avec du ruban de verre non tissé thermodurcissable -.

 

(3)Commutateur

Dans un moteur à courant continu, le collecteur est équipé de balais électriques, qui peuvent convertir l'alimentation CC externe en courant alternatif dans la bobine d'induit, maintenant ainsi constante la direction du couple électromagnétique ; Dans un générateur à courant continu, le collecteur est équipé de balais électriques, qui peuvent convertir la force électromotrice alternative induite dans la bobine d'induit en force électromotrice directe tirée des balais électriques positifs et négatifs. Un collecteur est un corps cylindrique composé de nombreux segments de collecteur isolés entre eux par des feuilles de mica.

 

(4) Arbre rotatif

L'arbre joue un rôle de support dans la rotation du rotor et nécessite un certain degré de résistance mécanique et de rigidité. Il est généralement traité à partir d'acier rond

Principales catégories

 

(5)Générateur CC

Un générateur DC est une machine qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique DC. Il est principalement utilisé comme source d'énergie d'excitation pour les moteurs à courant continu, l'électrolyse, la galvanoplastie, la fusion électrique, la charge et les générateurs à courant alternatif. Bien que les composants du redresseur de puissance soient également utilisés dans les endroits où le courant continu est nécessaire pour convertir le courant alternatif en courant continu, en termes de certains aspects de performance, les sources d'alimentation du redresseur de courant alternatif ne peuvent pas remplacer complètement les générateurs de courant continu.

(6)moteur à courant continu

Un dispositif rotatif qui convertit l'énergie du courant continu en énergie mécanique. Le stator du moteur électrique fournit un champ magnétique, l'alimentation CC fournit du courant à l'enroulement du rotor et le collecteur maintient constants la direction du courant du rotor et le couple généré par le champ magnétique. Les moteurs à courant continu peuvent être divisés en deux catégories selon qu'ils sont équipés ou non de collecteurs à balais couramment utilisés, notamment les moteurs à courant continu avec balais et les moteurs à courant continu sans balais.

Le moteur à courant continu sans balais est un nouveau type de moteur à courant continu développé ces dernières années avec le développement de la technologie des microprocesseurs, l'application de nouveaux dispositifs électroniques de puissance avec une fréquence de commutation élevée et une faible consommation d'énergie, ainsi que l'optimisation des méthodes de contrôle et l'émergence de matériaux à aimants permanents à faible coût et à haut niveau d'énergie magnétique.

(7)Principe de contrôle

Le principe de contrôle d'un moteur à courant continu sans balais est que pour faire tourner le moteur, l'unité de commande doit d'abord déterminer la position du rotor du moteur détectée par le capteur à effet Hall, puis décider de l'ordre d'allumage (ou d'extinction) des transistors de puissance dans l'onduleur en fonction de l'enroulement du stator. Les AH, BH, CH (appelés transistors de puissance du bras supérieur) et AL, BL, CL (appelés transistors de puissance du bras inférieur) de l'onduleur font circuler le courant à travers la bobine du moteur en séquence pour générer un champ magnétique rotatif avant (ou inverse) et interagissent avec l'aimant du rotor, de manière à faire tourner le moteur dans le sens des aiguilles d'une montre/dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Lorsque le rotor du moteur tourne jusqu'à la position où un autre ensemble de signaux est détecté par le capteur à effet Hall, l'unité de commande active l'ensemble suivant de transistors de puissance, de sorte que le moteur cyclique puisse continuer à tourner dans le même sens jusqu'à ce que l'unité de commande décide d'arrêter le rotor du moteur et de désactiver les transistors de puissance (ou d'allumer uniquement les transistors de puissance du bras inférieur) ; Si le rotor du moteur doit être inversé, l'ordre d'activation du transistor de puissance est inversé.

 

Fondamentalement, la méthode d'ouverture des transistors de puissance peut être illustrée comme suit : AH, groupe BL → AH, groupe CL → BH, groupe CL → BH, groupe AL → CH, groupe AL → CH, groupe BL, mais elle ne doit pas être ouverte comme AH, AL ou BH, BL ou CH, CL. De plus, étant donné que les composants électroniques ont toujours un temps de réponse de commutation, le temps de réponse du transistor de puissance doit être pris en compte lors de la mise hors tension et sous tension. Sinon, lorsque le bras supérieur (ou le bras inférieur) n'est pas complètement éteint, le bras inférieur (ou le bras supérieur) sera déjà allumé, ce qui entraînera un court-circuit entre le bras supérieur et inférieur et grillera le transistor de puissance.

 

Lorsque le moteur tourne, l'unité de commande comparera la commande composée de la vitesse et du taux d'accélération/décélération définis par le conducteur avec la vitesse de changement du signal du capteur à effet Hall (ou calculée par logiciel) pour déterminer si le prochain ensemble de commutateurs (AH, BL ou AH, CL ou BH, CL ou...) doit être allumé et la durée du temps d'allumage. Si la vitesse n'est pas suffisante, elle sera prolongée ; si la vitesse est trop élevée, elle sera raccourcie. Cette partie du travail est réalisée par PWM. Le PWM est le moyen de déterminer si la vitesse du moteur est rapide ou lente, et la manière de générer un tel PWM est la base pour obtenir un contrôle de vitesse plus précis.

 

Le contrôle à grande vitesse-doit déterminer si la résolution CLOCK du système est suffisante pour saisir le temps de traitement des instructions logicielles. De plus, la méthode d'accès aux données pour les modifications du signal du capteur à effet Hall affecte également les performances du processeur, la précision du jugement et les performances en temps réel-. En ce qui concerne le contrôle de vitesse à basse -vitesse, en particulier le démarrage à basse vitesse-, les changements dans le signal du capteur à effet Hall renvoyé deviennent plus lents. Il est très important d'extraire le signal, de le traiter au bon moment et de configurer les valeurs des paramètres de contrôle de manière appropriée en fonction des caractéristiques du moteur. Alternativement, le retour de vitesse peut être ajusté en fonction des changements d'encodeur pour augmenter la résolution du signal pour un meilleur contrôle. Le moteur peut fonctionner en douceur et bien répondre, et la pertinence du contrôle PID ne peut être ignorée. Comme mentionné précédemment, le moteur à courant continu sans balais est un contrôle en boucle fermée-, donc le signal de retour équivaut à indiquer au service de contrôle à quel point la vitesse du moteur est encore différente de la vitesse cible, ce qui constitue l'erreur. Connaître l'erreur nécessite naturellement une compensation, qui peut être obtenue grâce à des contrôles techniques traditionnels tels que le contrôle PID. Cependant, l'état et l'environnement de contrôle sont en réalité complexes et en constante évolution. Pour obtenir un contrôle robuste et durable, les facteurs à prendre en compte peuvent ne pas être entièrement maîtrisés par le contrôle technique traditionnel. Par conséquent, le contrôle flou, les systèmes experts et les réseaux de neurones seront également inclus en tant que théories importantes pour le contrôle PID intelligent.