Stejnosměrný motor

01Princip

Na vodič protékaný proudem v magnetickém poli působí síla F = B·I·l. Ve stejnosměrném motoru je tímto vodičem vinutí kotvy, magnetické pole vytváří buzení statoru.

Aby moment působil stále stejným směrem, přepíná komutátor s uhlíkovými kartáči směr proudu ve vinutí kotvy.

02Konstrukce

• Stator s budicím vinutím nebo permanentními magnety
• Rotor (kotva) s vinutím ve drážkách
• Komutátor — lamely na hřídeli
• Uhlíkové kartáče přivádějící proud
• Komutační pomocné póly potlačující jiskření

03Napětí, otáčky a moment

V otáčející se kotvě se indukuje protinapětí Ui = U − Ra·Ia. Při rozběhu ještě neexistuje, proto by proud omezoval jen malý odpor kotvy — používá se rozběhový odpor nebo řízený měnič.

Otáčky jsou přibližně úměrné napětí a nepřímo úměrné magnetickému toku (n ~ U/Φ), moment je úměrný toku a proudu kotvy (M = k·Φ·Ia). Zeslabením buzení lze otáčky zvýšit nad jmenovité.

04Druhy podle zapojení buzení

• Derivační (paralelní) — téměř konstantní otáčky, dobrá regulace
• Sériový — velký záběrný moment, otáčky silně závisí na zátěži, nesmí běžet naprázdno
• Kompaundní (smíšený) — kombinace obou vlastností
• S permanentními magnety — malé motory, hračky, automobilová technika
• Cize buzený — nezávislý zdroj buzení, přesná regulace

05Řízení a brzdění

Moderní pohony řídí napětí kotvy pulzně šířkovou modulací. Brzdit lze rekuperačně (motor pracuje jako generátor a vrací energii), dynamicky do odporu nebo protiproudem.

Bezkartáčové provedení (BLDC/EC motor) nahrazuje komutátor elektronikou — má delší životnost, vyšší účinnost a nejiskří.

06Použití, výhody a nevýhody

• + snadná a plynulá regulace otáček v širokém rozsahu
• + velký záběrný moment (zvlášť sériový motor)
• + jednoduché napájení z baterie
• − opotřebení kartáčů a komutátoru, nutná údržba
• − jiskření a elektromagnetické rušení
• − vyšší cena a hmotnost proti asynchronnímu motoru