Doğru akım (DC) motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir elektrik makinesi türüdür. DC motorlar, elektrik gücünü doğru akım yoluyla alır ve bu enerjiyi mekanik dönmeye dönüştürür.
DC motorlar, çıkış miline sabitlenmiş bir rotorun hareketine güç sağlayan, üretilen elektrik akımlarından oluşan manyetik alanları kullanır. Çıkış torku ve hızı, hem elektrik girişine hem de motorun tasarımına bağlıdır.
'DC motor' terimi, doğru akım elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren herhangi bir döner elektrik makinesini belirtmek için kullanılır. DC motorlar, oyuncak ve ev aletlerindeki küçük motorlardan araçlara güç sağlayan, asansörleri ve yük asansörlerini çeken ve çelik haddehaneleri çalıştıran büyük mekanizmalara kadar boyut ve güç bakımından farklılık gösterebilir. Fakat DC motorlar nasıl çalışır?
DC motorlar iki temel bileşen içerir: bir stator ve bir armatür . Stator, armatür dönerken motorun sabit parçasıdır. Bir DC motorda, stator, armatürü döndürmeye iten dönen bir manyetik alan sağlar.
Basit bir DC motor, statorda sabit bir mıknatıs seti ve bobinin merkezi ile hizalanmış bir elektromanyetik alan oluşturmak için içinden akım geçen bir tel bobin kullanır. Manyetik alanı yoğunlaştırmak için motorun çekirdeğinin etrafına bir veya daha fazla yalıtılmış tel sargısı sarılır.
Yalıtılmış telin sargıları, sargılara elektrik akımı uygulayan bir komütatöre (döner elektrik anahtarı) bağlanır. Komütatör, her bir armatür bobinine sırayla enerji verilmesine izin vererek, sabit bir dönme kuvveti (tork olarak bilinir) oluşturur.
Bobinler sırayla açılıp kapatıldığında, statordaki sabit mıknatısların farklı alanlarıyla etkileşime giren ve dönmeye neden olan tork oluşturmak için dönen bir manyetik alan oluşturulur. DC motorların bu temel çalışma prensipleri, elektrik enerjisini doğru akımdan dönen hareket yoluyla mekanik enerjiye dönüştürmelerini sağlar, bu da daha sonra nesnelerin itilmesi için kullanılabilir.
Bu şaşırtıcı elektrikli ekipman parçası hayatımızda birçok yönden devrim yarattı, ancak DC motoru kim icat etti? Tüm büyük yeniliklerde olduğu gibi, benzer mekanizmaların geliştirilmesinde rol oynayan birçok insan var.
ABD'de Thomas Davenport, ilk elektrik motorunun mucidi olarak yaygın bir şekilde ünlenmiştir ve şüphesiz 1837'de kullanılabilir bir elektrik motorunun patentini alan ilk kişidir. Davenport patentini aldığında Avrupa'daki mucitler zaten daha güçlü versiyonlar geliştirmişlerdi.
1834'te Moritz Jacobi, Davenport'un daha sonra patentini alacağından üç kat daha güçlü bir motor sunarken, Sibrandus Stratingh ve Christopher Becker, 1835'te küçük bir model araba çalıştırarak bir elektrik motoru için pratik bir uygulama gösteren ilk kişilerdi. .
İlk pratik DC motor, birkaç yıl sonra 1886'da Frank Julian Sprague tarafından icat edildi. Buluşu, 1887'de ilk motorlu troley sistemine ve 1892'de ilk elektrikli asansöre yol açtı. Sprague'nin DC motoru, son derece önemli bir gelişmeydi ve endüstrinin ve imalatın çehresini yeniden şekillendirecek çeşitli uygulamalar.
Şimdiye kadar bu kılavuz, DC motorların nasıl çalıştığını, bu mekanizmaların tarihçesini ve neye benzediklerini geniş bir şekilde açıkladı. Prensipler varyantlar arasında aynı olsa da, aslında birbirlerine göre belirli avantajlar ve dezavantajlar sunan birkaç farklı DC motor türü vardır. Kılavuzun bu bölümü, fırçasız, fırçalı, şönt ve seri olmak üzere dört ana DC motor tipine bakacaktır.
Fırçasız DC motorlar, elektronik olarak komütasyonlu motorlar veya senkron DC motorlar olarak da bilinir ve katı hal elektroniğinin gelişimi sayesinde fırçalı motordan farklıdır. Fırçasız DC motorlar ve diğer çeşitler arasındaki temel fark, rotor açısını algılayabilen ve ayarlayabilen elektronik bir servomekanizma ile değiştirilen bir komütatöre sahip olmamasıdır. Fırçasız DC motorun çeşitli avantajları vardır. Komütatörler, zamanla yıpranan 'fırçalar' adı verilen yumuşak kontaklar kullanır. Bu nedenle fırçasız bir DC motor, daha klasik tasarımdan daha dayanıklı ve daha güvenlidir. Tüm elektrik motorları, rotora bağlı dönen mıknatısların ve çevreleyen statordaki sabit mıknatısların polaritesini değiştirerek tork geliştirir. Bu mıknatıs setlerinden en az biri, bir demir çekirdeğin etrafındaki bir tel bobinden yapılmış bir elektromıknatıstır. Bir DC motorda, tel sargıdan geçen DC manyetik alanı oluşturur. Armatür her 180° döndüğünde, kuzey ve güney kutuplarının konumu tersine çevrilir. Kutupların manyetik alanı aynı kalsaydı rotor dönmezdi. Bir DC motorda bir yönde tork oluşturmak için, armatürün her 180° dönüşünde elektrik akımının yönü tersine çevrilmelidir. Geleneksel bir fırçalı motorda, bu bir komütatör tarafından yapılır, ancak fırçasız bir DC motorda, bunun yerine bir elektronik sensör rotorun açısını algılar, kontrollü yarı iletken anahtarlar ya akımın yönünü tersine çevirir ya da doğru yönde kapatır. tek yönde tork oluşturmak için dönüş süresi.
Fırçalı DC motor, Sprague'nin ilk tasarımına dayanan orijinal DC motordur. Bu kılavuzda daha önce tartıştığımız gibi, klasik fırçalı motor, akımı her yarım döngüde tersine çevirmek ve tek yönlü tork oluşturmak için bir komütatöre sahiptir. Fırçalı DC motorlar elektrikli tahrik, vinçler, kağıt makineleri ve çelik haddehaneleri için popüler olmaya devam ederken, son yıllarda daha verimli fırçasız model için birçoğu aşamalı olarak kaldırıldı. Bu kılavuzda daha önce açıklandığı gibi, fırçalı DC motorlar, motorun bir yönde dönmesini sağlamak için 'fırça' olarak bilinen yumuşak kontaklar kullanır. Fırçalı motorların hızı, çalışma voltajına veya manyetik alanın gücüne göre değişebilir. Aşağıdaki bölümlerde tartışılacak olan armatür bağlantısına bağlı olarak farklılık gösteren birkaç farklı fırçalı DC motor çeşidi vardır.
DC şönt motor , alan sargılarının armatüre paralel olarak bağlı olduğu çeşitli fırçalı motorlardır. Şönt sargılı DC motorlar, paralel sargılar nedeniyle daha düşük bir akıma sahiptir. Konveyör bantları, karıştırıcılar ve vinçler gibi yükün hızla önemli ölçüde değişmediği, sabit bir tork gerektiren uygulamalar için bir şönt motor kullanılır. Özel alan sargıları, sabit tork uygulamaları için bu kadar etkili bir seçim olmasını sağlayan benzersiz şönt motor özellikleri sağlar. Birçok şönt DC motor, sabit hız özelliklerine sahiptir ve bu tip motorun ana avantajı yüksüz ve tam yük hızları arasındaki küçük farktır.
Seri sargılı DC motorlar, bu kılavuzdaki son fırçalı motor çeşididir. Bu çeşitlilik ile daha önce tartışılan şönt motorlar arasındaki temel fark, alan sargılarının bir seri halinde bağlanmasıdır. Bu, tüm armatür akımının alan sargısına geçerek çok daha hızlı hızlar oluşturduğu anlamına gelir. Besleme gerilimi ayarlanamadığı için seri DC motorlar hızlarını özellikle iyi ayarlayamazlar. Bu, bazı uygulamalar için bir sorun olsa da, özellikle elektrikli aletler ve dikiş makineleri gibi yüksek başlangıç torku gerektiren görevler için onları kullanışlı hale getirir. DC serisi motorların kendine has özellikleri, net ve farklı bir amaç sunar. Aulhaber Fırçalı DC Dişli motor , cihazlar için ideal olan yüksek başlangıç torkuna sahip seri sargılı motorların faydalarına güzel bir örnektir.
Mevcut farklı DC motor türleri sayesinde, DC motorlar için çok çeşitli uygulamalar vardır. Önceki bölüm, DC motorların kullanıldığı çeşitli uygulama ve durumlardan bazılarını ve çeşitli motor türlerinin faydalarını ele aldı.
Genel olarak konuşursak, her türün avantajları olsa da, DC motorun çeşitli kullanımları vardır. Evde küçük DC motorlar aletlerde, oyuncaklarda ve çeşitli ev aletlerinde kullanılmaktadır. Perakendede, DC motorların uygulamaları konveyörleri ve döner tablaları içerirken, endüstriyel bir ortamda büyük DC motor kullanımları ayrıca frenleme ve tersine çevirme uygulamalarını içerir.
Fanlar geleneksel olarak AC motorları kullanmasına rağmen, pazara giren artan sayıda DC motorlu tavan vantilatörü vardır. Bu fanlar, çalışma biçimleri sayesinde AC eşdeğerlerinden çok daha ekonomik oldukları için popülerlik kazanmaktadır. Bu kılavuzda öğrendiğimiz gibi, DC motorlar elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için manyetik alanlar kullanır ve fırçasız motorlar kullanılarak DC motorlu tavan vantilatörleri standart ev AC elektriğinden çalıştırılabilir. DC motor fanının tek dezavantajı maliyetidir, ancak enerji tasarrufu bunu kolayca dengeler.
Hidrolik pompalar, inşaat, madencilik, imalat ve çelik dahil olmak üzere hemen hemen tüm endüstrilerde kullanılan önemli bir endüstriyel araçtır. Kolay değişken hız kontrolü ve hareket halindeyken mükemmel tepkisi nedeniyle bu pompalara güç sağlamak için DC motorlar kullanılır. Tavan vantilatörleri gibi, DC motor pompası da böylesine geniş bir endüstriyel kapsamda bakımı çok daha kolay olan daha düşük maliyetli fırçasız DC motorların geliştirilmesinden faydalanmıştır.
Oyuncaklar için DC motorlar, uzaktan kumandalı arabalar ve model trenler gibi çocuk oyuncaklarında sıklıkla kullanılan bu 'oyuncak motorları' ile üreticiler ve hobiler için popüler bir seçimdir. Küçük DC motorlar, kullanımı kolay ve son derece sağlam oldukları için bu ayarda iyi çalışır. DC motorlar için çok çeşitli voltajlar, farklı hızlar ve hareket türleri gerektiren oyuncaklar ve kontrolörlü bir DC motora ihtiyaç duyan oyuncaklar için kullanılabilecekleri anlamına gelir .
Elektrikli otomobillerde kullanılan çok çeşitli motor tipleri bulunurken, elektrikli araçlar için DC motorlar, enerji verimliliği ve dayanıklılıkları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Profesyonel üreticilerin yanı sıra birçok hobici ve araç kiti üreticisi, daha yüksek başlangıç torku, özellikle seri sargılı motorlar ve voltaj girişli değişken hızları için büyük DC motorları tercih ediyor.
'Robot' geniş bir terimdir, ancak birçok hobi ve mühendis için robotlar, belirli bir görevi gerçekleştirmek için tasarlanmış herhangi bir elektromekanik cihazdır. Robotlar için DC motorlar, raylar, kollar veya kameralar gibi bir şeyi 'harekete geçirmek' için kullanılır ve bu motor birkaç nedenden dolayı özellikle popülerdir. DC motorlar, yüksek tork ve verimliliğe sahip oldukları için özellikle uygundur ve bu da onları robotik için ideal hale getirir.
Elektrikli bisikletler popülerdir, çünkü maksimum destekli hız saatte 20 milin altındaysa lisans gerektirmezler. Güç seviyelerini ve gereken torku sağlamak için elektrikli bisikletlerde genellikle fırçasız DC motorlar kullanılır. Elektrikli bisikletler, arka veya ön tekerleğin göbeğine yerleştirilmiş veya bisikletin ortasına monte edilmiş ve pedal dişlisine bağlı kompakt bir DC motor kullanır.