DC-motor

Fra Holstebro HTX Wiki
Skift til: navigering, søgning
Skitse af DC Motor[1]

En DC motor er som navnet siger en motor der kan drives med en DC-Spænding, altså en jævnspænding.

DC-motoren sender strømmen ind i ankeret, der principielt består af en spole som normalt er viklet på et anker af jern for at øge magnetismen.

Strømmen sendes ind i ankeret via to kommuntatorer, der hele tiden sørger for at strømmen løber den rigtige vej i spolen, så magnetfeltet trækker i den rigtige retning.

Magnetfeltet i ankeret bliver påvirket af to ydre magneter, der normalt er permanente magneter.

Elektrisk symbol

Det elektriske symbol for en motor er som vist her en cirkel med to firkanter på hvor tilledningerne er.

Motor diagramsymbol
Motor diagramsymbol

Cirklen symboliserer ankeret i motoren, og de to firkanter symboliserer de to kommutatorer der leder strømmen ind til ankeret.

Motorens virkemåde

Skitsen herunder viser det principielle i hvordan en motor virker.

  • Ankeret er her erstattet med en simpel spole, hvor det normalt vil være viklet på et jern-anker for at give et mere effektivt magnetfelt.
  • De permanente magneter er her placeret lodret for at illustrere hvordan magnetfeltet omkring ankeret ligger - dette er normalt lavet med magneter der buer rundt om ankeret, så der er en minimalt luftspalte mellem permanentmagneter og anker, da dette øger effektiviteten.

Principskitse der viser DC-motorens virkemåde
Principskitse der viser DC-motorens virkemåde[1]

Styring af motor

For at kunne starte og stoppe en motor med fx. en Arduino, så skal der typisk noget ekstra elektronik til, fordi arduinoen ikke kan levere den strøm som en motor kræver.

Til dette kan man på simpel vis anvende en transistor, der dimensioneres så den kan holde til den strøm og spænding som motoren kræver. Fordelen ved dette kredsløb er også at man kan drive motoren med en anden spænding en de 5V som arduinoen er begrænset til.

Diagrammet ser ud som følger:

Diagram til styring af en DC-motor
Diagram til styring af en DC-motor

Transistoren Q8 vælges efter at den kan holde til den start-strøm som motoren har, og at den kan holde til den anvendte spænding (spændingen er normalt ikke et problem).

Ud fra start-strømmen og transistorens HFE ved denne strøm bestemmes hvor stor en basisstrøm der løbet, og dette dimensioneres R6 efter. Ved store strømme kan man anvende en Darlington-kobling[2] af to transistorer.

Styresignalet på X2-1 kan være et 5V signal, uafhængigt af motorens forsyning, men som det ses i diagrammet, skal man sørge for fælles stel.

Dioden D5 skal aflede den induktive reaktion fra spolen inde i motoren. Denne diode dimensioneres igen efter den strøm der kan løbe i motoren, altså startstrømmen.

Motor der skal kunne dreje begge veje

For at kunne styre en motor til at dreje begge veje kræves noget mere.

Her vil man typisk anvende en H-bro der principielt består af 4 transistorer der vender spændingen på motoren.

Motorens ækvivalent-diagram

For at kunne forklare den elektriske opførsel af en motor, så kan det være en fordel at betragte motorens ækvivalent diagram, der er et diagram, som forklarer hvordan man kan betragte motoren teoretisk.

Herunder ses motorens symbol sammen med et simpelt ækvivalentdiagram for en motor, hvilket man kan betragte som en teoretisk model for motoren.

DC Motor Ækvivalentdiagram
DC Motor Ækvivalentdiagram

Modstanden i motoren består hovedsageligt af DC-modstanden i spolens viklinger, men også i tilledningerne til motoren. Det er denne modstand der angiver start-strømmen i motoren. Rent praktisk kan man måle denne modstand med et ohm-meter når motoren står stille, så man kan beregne hvad startstrømmen i motoren er.

Spolens værdi er sjældent interessant, men hvis man ønsker at vide hvad den er, så man den måles med et RCL-meter. Det der er interessant ved spolen er, at den er årsagen til at man placerer en diode over motoren, da denne spole ellers ville inducere en meget stor induktionsspænding, der kunne tage livet af transistoren. Denne induktionsspænding stammer fra den magnetiske energi der er lagret i spolen, når der løber en strøm i spolen.

Batteri-symbolet bliver normalt betegnet som motorens EMK. Det kan virke lidt underligt at der sidder en DC-kilde i motoren, men den stammer fra at en DC-motor kan fungere som en generator, så når motoren løber rundt bliver der genereret en DC-spænding inde i motoren. Denne DC-spænding vil under normale forhold ikke blive større end den påtrykte spænding, da der altid skal noget strøm til at drive motoren rundt.

Denne EMK er også forklaringen på at strømmen falder når motoren løber rundt, da EMK'en er afhængig af en konstant for motoren gange med rotationshastigheden. Denne konstant kan findes eksperimentelt, men vil normalt ikke indgå i beregninger. Princippet for EMK'en har dog meget at sige for forståelsen af motoren. EMK'en vil også betyde at der står en spænding på motoren, efter at induktionsspændingen er døet ud. Denne spænding stammer fra den mekaniske rotationsenergi i motoren. Spændingen er som før nævnt lidt mindre end den påtrykte spænding, og vil normalt ikke have nogen betydning.

Referencer

  1. 1,0 1,1 Engelsk wikipedia med forklaring af DC-motor
  2. Darlington transistor forklaret på wikipedia