WYSIWYG Web Builder

Συνήθως οι τυποποιημένοι ηλεκτρικοί κινητήρες του εμπορίου λειτουργούν με τάσεις 12V, 24V, 36V και 220V.

Αρχή λειτουργίας ηλεκτρικών κινητήρων και βασικές θεωρητικές αρχές
Όταν ένας αγωγός μήκους L διαρρέεται από ρεύμα I, ενώ αυτός βρίσκεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο B, τότε παράγεται μια δύναμη F σύμφωνα με το σχήμα και τον κανόνα  του δεξιού χεριού κάθετη προς το ρεύμα και προς το μαγνητικό πεδίο. Η δύναμη αυτή είναι ανάλογη του μήκους του αγωγού, της έντασης του ρεύματος και της έντασης του μαγνητικού πεδίου σύμφωνα με τη σχέση:
                                                                                        F =I*L*B*ημθ

όπου: Β είναι το μαγνητικό πεδίο, L είναι το μήκος των αγωγών, Ι είναι το ρεύμα του κινητήρα και θ είναι η γωνία μεταξύ του αγωγού και του μαγνητικού πεδίου. Για θ=90
έχουμε μέγιστη F, ενώ για θ=00 (δηλ. αν κινείται παράλληλα με τις μαγνητικες γραμμές) έχουμε F=0. Η φορά της ασκούμενης δύναμης στον αγωγό αντιστρέφεται είτε αν αλλάξει η φορά του ρεύματος, είτε αν αντιστραφεί η πολικότητα του πεδίου.
Σε έναν πραγματικό ηλεκτρικό κινητήρα υπάρχουν πολλοί αγωγοί διαμορφωμένοι σε πλαίσια, έτσι ώστε να δημιουργούνται πολλά ζεύγη αθροιζομένων δυνάμεων οι οποίες τον περιστρέφουν. Επειδή το ρεύμα στο μισό πλαίσιο έχει αντίθετη φορά από το άλλο μισό πλαίσιο, οι δύο δυνάμεις είναι αντίθετες ενισχύοντας έτσι τη ροπή στρέψης του πλαισίου. Λόγω της περιστροφής για να διατηρείται η φορά του ρεύματος και κατά συνέπεια η φορά των δυνάμεων σταθερή τροφοδοτείται το πλαίσιο από δύο ημικυκλοειδείς δακτυλίους που περιστρέφονται μαζί με το πλαίσιο και ονομάζονται εναλλάκτες. Οι περιστρεφόμενοι εναλλάκτες τροφοδοτούνται με ρεύμα διά μέσου δύο επαφών από ειδικό αγώγιμο υλικό, που ονομάζονται ψήκτρες (Brushes). Οι ψήκτρες πιεζόμενες από ελατήριο φροντίζουν για τη συνεχή επαφή κατά την περιστροφή και την τροφοδοσία του πλαισίου με ρεύμα. Δύο μεγάλα μειονέκτηματα των ηλεκτρικών κινητήρων με ψήκτρες είναι:
                 1.  Τριβή της ψήκτρας με τον εναλλάκτη και φθορά αυτής με αποτέλεσμα να απαιτείται περιοδικά η αντικατάσταση της
                 2.  Απώλεια ενέργειας με την τριβή και μείωση της ταχύτητας του κινητήρα
Τα δύο πιο πάνω προβλήματα των ηλεκτροκινητήρων με ψήκτρες λύθηκαν τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιώντας  ηλεκτροκινητήρες χωρίς ψήκτρες BLDC

Είναι επίσης γνωστό, ότι σε έναν κινούμενο αγωγό μέσα σε μαγνητικό πεδίο δημιουργείται στα άκρα του μια τάση από επαγωγή,
που δίνεται από τη σχέση:
                                                                                         U = Κ*Φ*v       

όπου: Κ είναι μια σταθερά χαρακτηριστική για κάθε μηχανή, Φ είναι η μαγνητική ροή και v είναι η ταχύτητα περιστροφής.
Όταν ένας ηλεκτρικός κινητήρας λειτουργεί με το κανονικό του φορτίο η τάση U κυμαίνεται μεταξύ του 80 και 95% της τάσης τροφοδοσίας, ανάλογα με τα τεχνικά χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού κινητήρα. Με άλλα λόγια, κατά την περιστροφή του κινητήρα παράγεται μια τάση αντίθετη με αυτήν που τον κινεί.

Αρχή λειτουργίας γεννητριών

Όταν εφαρμόσουμε μια δύναμη σε αγωγό μήκους L και αυτός κινηθεί με ταχύτητα v σε μαγνητικό πεδίο Β, τότε αναπτύσσεται μια ηλεκτρική τάση U στα άκρα του, που είναι ανάλογη της ταχύτητάς του, της έντασης του μαγνητικού πεδίου, του μήκους του και της γωνίας που τέμνει η κίνηση το πεδίο σύμφωνα με τη σχέση:
                                                                                       U=v*B*L*ημθ

Βλέπουμε, ότι όταν κινείται ένας αγωγός μέσα σε μαγνητικό πεδίο παράγεται μια τάση U (γεννήτρια) και σύμφωνα με τα προηγούμενα όταν κυκλοφορήσει το ρεύμα στον αγωγό αυτόν παράγεται μια δύναμη F που αντιστέκεται στην κίνηση αυτή.

Το ηλεκτρικό ισοδύναμο κύκλωμα ηλεκτρικού κινητήρα
To απλοποιημένο κύκλωμα του ηλεκτρικού κινητήρα DC αποτελείται από την τάση τροφοδοσίας Ε, την ωμική αντίσταση R των αγωγών και την παραγόμενη κατά την κίνηση τάση επαγωγής U (αντιηλεκτρεγερτική). Η τάση U είναι αντίθετης φοράς με την τάση της πηγής Ε και οφείλεται στην επαγωγή του κινητήρα και δίνεται από τη σχέση:
                                                                                         E = I*R+U   ή  Ι= (Ε - U)/R

όπου: Ε είναι η τάση τροφοδοσίας που προκαλεί την κίνηση, R είναι η ωμική αντίσταση των συρμάτων των πλαισίων και U είναι η παραγόμενη τάση κατά την κίνηση των πλαισίων μέσα στο μαγνητικό πεδίο. 

Χωρίς φορτίο: Το ρεύμα που θα περάσει μέσα από το τύλιγμα κατά την εκκίνηση του κινητήρα, επειδή δεν θα υπάρχει τάση επαγωγής (U=0 αφού είναι η ταχύτητα  v=0) θα είναι μέγιστο σύμφωνα με την προηγούμενη Σχέση I=Ε/R. Λόγω της σταδιακά αυξανόμενης ταχύτητας παράγεται η σταδιακά αυξανόμενη τάση U, με αποτέλεσμα τη σταδιακή μείωση του ρεύματος.
Με φορτίο: Σε περίπτωση που ο κινητήρας κινεί ένα βαρύ φορτίο θα περνάει ένα μεγάλο ρεύμα και σύμφωνα με τα προηγούμενα, η ροή αυτή του ρεύματος θα δημιουργήσει μια δύναμη F σύμφωνα με τη σχέση F =I*L*B*ημθ

Συνοψίζοντας: Ο ηλεκτρικός κινητήρας συνεχούς DC μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως γεννήτρια και αντίστροφα.
Κατά την κίνηση αγωγού μέσα σε μαγνητικό πεδίο παράγεται μια τάση (γεννήτρια), ενώ κατά την κίνηση ρεύματος  μέσα σε μαγνητικό πεδίο παράγεται δύναμη (κινητήρας). Πάντοτε συνυπάρχουν τόσο η λειτουργία του κινητήρα όσο και της γεννήτριας και δεν μπορούν να διαχωριστούν. Για παράδειγμα, οι κινητήρες των αμαξοστοιχιών  μετατρέπονται σε γεννήτριες όταν επιβραδύνεται η αμαξοστοιχία και έτσι μετατρέπουν την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική και την στέλνουν πίσω στο δίκτυο. Η ίδια αρχή εφαρμόζεται και στα υβριδικά/ηλεκτρικά αυτοκίνητα για την φόρτιση των μπαταριών όταν επιβραδύνει το αυτοκίνητο.

Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα ηλεκτροκινητήρων DC.
Τα σημαντικά πλεονεκτήματα των ηλεκτρικών κινητήρων DC  με ψήκτρες είναι ο εύκολος τρόπος ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής και της παραγόμενης ροπής. Η παραγόμενη ροπή είναι ανάλογη τού ρεύματος του κινητήρα. Ελέγχοντας την τάση τροφοδοσίας τους ελέγχεται η ταχύτητα περιστροφής τους. Τα μειονεκτήματά τους είναι ότι (a) σε χαμηλές ταχύτητες είναι δύσκολος ο έλεγχος τους, και (b) λόγω φθοράς των ψηκτρών απαιτείται περιοδικά αντικατάσταση τους. Για το λόγο αυτό κατασκευάζονται
ηλεκτρικοί κινητήρες χωρίς ψήκτρες BLDC.
Συχνά αναφέρονται οι ηλεκτρικοί κινητήρες συνεχούς 12V και 24V ως ηλεκτρικά μοτέρ DC. Η τάση τροφοδοσίας τους είναι συνήθως 12 Volts και σπανιότερα 24 ή 36 Volts. Οι κινητήρες DC 12V χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε πάρα πολλές εφαρμογές σε συνδυασμό πάντοτε με μειωτήρα. Γενικότερα θα μπορούσε κανείς να πεί ότι κινητήρες 12V και 24V χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά σε εφαρμογές όπου δεν απαιτείται πολύ μεγάλη ισχύς (<130Watt).

Μειονεκτήματα: 1. Οι ψήκτρες τους φθείρονται.  2. Επειδή οι ψήκτρες διακόπτουν συνδέσεις, δημιουργούνται σπινθήρες και έτσι πυροδοτείται ηλεκτρικός θόρυβος. 3. Οι ψήκτρες περιορίζουν τη μέγιστη ταχύτητα του κινητήρα.  4. Η χρήση των ψηκτρών βάζει περιορισμό στο πλήθος των πόλων.  5. Στις υψηλότερες ταχύτητες, αυξάνεται η δυσκολία διατήρησης της επαφής της ψήκτρας.
Πλεονεκτήματα: 1. Είναι ιδιαίτερα φθηνοί. 2. Η ταχύτητα τους ελέγχεται πολύ εύκολα αυξομειώνοντας την τάση τροφοδοσίας

Μειωτήρες
Οι ηλεκτροκινητήρες DC έχουν μεγάλη ταχύτητα περιστροφής της τάξεως από ορισμένες χιλιάδες ή και δεκάδες χιλιάδες στροφών/λεπτό (3000-11000), πράγμα συνήθως άχρηστο σε εφαρμογές. Κυρίως για το λόγο αυτό συνδέονται σχεδόν πάντοτε με μειωτήρες, οι οποίοι μειώνουν τις στροφές, ενώ παράλληλα αυξάνουν τη ροπή.
Οι μειωτήρες που συνδέονται με ηλεκτρικούς κινητήρες αποτελούνται συνήθως από πολλά γρανάζια διαφορετικής ακτίνας και μειώνουν τις περιστροφές του άξονα αυξάνοντας την παραγόμενη ροπή.
Σημείωση: Οι ηλεκτρικοί κινητήρες συχνά αναφέρονται ως ηλεκτροκινητήρες, ή ηλεκτρικά μοτέρ

Βιβλιογραφία: Εισαγωγή στη ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ και στα ενσωματωμένα συστήματα Σταμάτης Αλατσαθιανός σελ. 39-58.
Συνοψίζοντας:
Οι μικροί κινητήρες DC, BLDC, AC διατίθενται συνήθως με μειωτήρα από 1 έως ορισμένες χιλιάδες στρ/λεπτό 12V, 24V και 220V 
   
Μικρός ηλεκτρικός κινητήρας AC με μειωτήρα 
Ηλεκτρικό μοτέρ AC 220V, από 2,5 RPM
Frenquency: 50Hz~60Hz                       
Ισχύς: 6-10W     
Speed: 5RPM, 10RPM, 15RPM, 20RPM, 30RPM, 50RPM
Motor Dimension: 28mm*50mm
Shaft Type: D-Type (Edge Milling: 1MM)
Output Shaft Diameter: 7MM
Output Shaft Length: 16mm
Weight: 200g
Μικρός ηλεκτρικός κινητήρας με μειωτήρα 12Volt
Μοτέρ DC 12Volt
Ταχύτητα: 60RPM
Συνεχές ρεύμα: 130mA,                                    
Διάμετρος εξωτερικού περιβλήματος: 37mm
Μήκος άξονα: 21mm                              
Διάμετρος άξονα: 6mm
Μικρός ηλεκτρικός κινητήρας με μειωτήρα
Μοτερ DC 12Volt και 24Volt, 30RPM,
Τύπου Worm                                    
No-load speed 60 rpm,                                       
Load torque 10Kg*cm
Ροπή υπό φορτίο 70 Kg*cm για 16RPM
Μικρό ηλεκτρικό μοτέρ με μειωτήρα               
DC 12V ή 24V 200RPM
Eξωτερική διάμετρος του κινητήρα 25mm
Output Power 8W
Ροπή 1.1kg*cm,
Continuous Current(A) 0,3A
Μικρό ηλέκτρικό μοτέρ με μειωτήρα               
Μοτέρ DC 12V και Μοτέρ DC 24V 100RPM
Διαστάσεις :25 x 70mm/ 1" x 2.76"
Λόγος μετάφρασης 1:45
Ταχύτητα κινητήρα 4500/100RPM Rated
Διάμετρος άξονα 6mm/ 0.236"
Ολικό μήκος 77mm/ 3.03"
Βάρος 196g
Ηλεκτρικός κινητήρας με μειωτήρα                
Μοτέρ DC 12Volt ή 24Volt, 200RPM
Ροπή φορτίου:
~4 Kg*cm
Ρεύμα >1Α
Ισχύς <30 Watt
Διαστάσεις :37 x 80mm
Ολικό μήκος: 100mm
Βάρος: 300g

Ενδεικτικός κατάλογος ηλεκτρικών κινητήρων με μειωτήρα DC 12Volt, 24Volt και AC 220Volt από 2,5RPM ισχύος έως 500Watt

Μοντέλο λειτουργίας ηλεκτροκτροκινητήρα DC
Μικρός ηλεκτρικός κινητήρας AC με μειωτήρα 
Ηλεκτρικό μοτέρ AC 220V, 50 RPM
Frenquency: 50Hz~60Hz                       
Ισχύς: 28W-60Watt    
Speed: 2,5RPM, 5RPM, 10RPM, 15RPM, 20RPM, 30RPM, 50RPM,100RPM
Motor Dimension: 68mm*60mm
Shaft Type: D-Type (Edge Milling: 0,5mm)
Output Shaft Diameter: 7-8mm
Output Shaft Length: 19-21mm
Weight: 600g
Μικρός ηλεκτρικός κινητήρας με μειωτήρα
Μοτέρ DC 12Volt, και 24Volt
Ταχύτητα: 160RPM
Ροπή: >4,5 Kg*cm
Ρεύμα: 1-3Α
Ισχύς >30 Watt
Διαστάσεις :37 x 82mm
Ολικό μήκος >100mm
Βάρος 320g
Ισχυρές βάσεις στήριξης και στερέωσης μικρών ηλκτροκινητήρων συνοδευόμενη από 6 βίδες
Πάχος 3mm
10 τρύπες
Τυπικός μειωτήρας ηλεκτρικού κινητήρα
Ηλεκτροκινητήρας DC με ψήκτρες αποτελούμενος από πολλά πλαίσια

Ηλεκτρικοί κινητήρες DC 12V 24V και AC 220V με μειωτήρες και στροφές από 2,5 RPM έως 3000 RPM






Ρυθμιστής ταχύτητας και φοράς περιστροφής ηλεκτροκινητήρα DC

Περιοχή τάσης λειτουργίας:                
DC 6V-48V
Ρεύμα: έως 10A
Πολύ ισχυρός ηλεκτροκινητήρας DC με μειωτήρα

Τάση λειτουργίας 24V
Ταχύτητα: 75 RPM  ή  120 RPM
Ισχύς ~250 Watt
Διαστάσεις :120 x 170mm περίπου
Διάμετρος άξονα (με σφήνα) :  17mm
Πολύ ισχυρός ηλεκτροκινητήρας DC με ή χωρίς  μειωτήρα με γραναζάκι, ή τροχαλία για ιμάντα
              
Τάση λειτουργίας: 24V ή 36V
Ταχύτητα χωρίς μειωτήρα:   3000 RPM
Ταχύτητα με μειωτήρα:       300 RPM
Ισχύς :      ~
250 ή 350 ή 500 Watt
Continuous Current(A) για 24V:  ~10Α


Πολύ ισχυρός ηλεκτροκινητήρας DC χωρίς μειωτήρα με τροχαλία για ιμάντα

Τάση λειτουργίας 12V ή 24V
Rated speed (RPM) : 2500±5%
Continuous Current(A): <8,5Α
Ισχύς: 
150W, ή 120W, ή 100Watt 
Διαστάσεις: 60mmX100mm
Πολύ ισχυρός ηλεκτροκινητήρας DC χωρίς μειωτήρα με γρανάζι αλυσίδας        
    
Τάση λειτουργίας 12V ή 24V
Rated speed (RPM) : 2500±5%
Continuous Current(A): <8,5Α
Ισχύς: 
150W, ή 120W, ή 100Watt
Διαστάσεις: 60mmX100mm
Σε εντός μαγνητικού πεδίου ρευματοφόρο  κινούμενο αγωγό ασκείται δύναμη F καθετη προς το πεδίο και προς την κατεύθυνση του ρεύματος
Στο διαρρεόμενο από ρεύμα πλαίσιο μέσα στο μαγνητικό πεδίο ασκείται ζεύγος δυνάμεων F που παράγει ροπή στράψης
Εκτός από τους εικονιζόμενους ηλεκτροκινητήρες DC, BLDC, AC, και βηματικούς κατασκευάζεται μεγάλος αριθμός με διαφορετικά τεχνικά χαρακτηριστικά