Aproape jumătate din consumul de energie din lume este consumat de motoare, astfel încât eficiența ridicată a motoarelor este numită cea mai eficientă măsură pentru a rezolva problemele energetice ale lumii.
În general, se referă la transformarea forței generate de curentul care curge în câmpul magnetic în acțiune rotativă și, în sens larg, include și acțiunea liniară.În funcție de tipul de alimentare acționată de motor, aceasta poate fi împărțită în motor DC și motor AC.Conform principiului rotației motorului, acesta poate fi împărțit aproximativ în următoarele categorii.(cu excepția motoarelor speciale)
Motor AC AC Motor cu perie: Motorul cu perie utilizat pe scară largă este denumit în general motor DC.Un electrod numit „perie” (partea statorului) și un „comutator” (partea armăturii) sunt contactați secvențial pentru a comuta curentul, efectuând astfel o acțiune de rotație.Motor DC fără perii: nu are nevoie de perii și comutatoare, dar folosește funcții de comutare, cum ar fi tranzistoarele, pentru a comuta curentul și a efectua rotația.Motor pas cu pas: Acest motor funcționează sincron cu puterea impulsului, deci este numit și motor cu impulsuri.Caracteristica sa este că poate realiza cu ușurință o operație de poziționare precisă.Motor asincron: Curentul alternativ face ca statorul să producă un câmp magnetic rotativ, ceea ce face ca rotorul să producă curent indus și să se rotească sub interacțiunea sa.Motor AC (curent alternativ) Motor sincron: curentul alternativ creează un câmp magnetic rotativ, iar rotorul cu poli magnetici se rotește din cauza atracției.Rata de rotație este sincronizată cu frecvența puterii.
Despre curent, câmp magnetic și forță În primul rând, pentru a facilita următoarea explicație a principiului motorului, să trecem în revistă legile/regulile de bază despre curent, câmp magnetic și forță.Deși există un sentiment de nostalgie, este ușor să uiți aceste cunoștințe dacă nu folosești des componente magnetice.
Cum se rotește motorul?1) motorul se rotește cu ajutorul magneților și al forței magnetice.În jurul unui magnet permanent cu un arbore rotativ, ① rotiți magnetul (pentru a genera un câmp magnetic rotativ), ② conform principiului că diferiți poli ai polului N și ai polului S se atrag și la același nivel se respinge, ③ magnetul cu un arborele rotativ se va roti.
Curentul care curge în fir provoacă un câmp magnetic rotativ (forță magnetică) în jurul acestuia, astfel încât magnetul se rotește, care este de fapt aceeași stare de acțiune ca aceasta.
În plus, atunci când firul este înfășurat într-o bobină, forța magnetică este sintetizată, formând un flux mare de câmp magnetic (flux magnetic), rezultând un pol N și un pol S.În plus, prin introducerea miezului de fier în conductorul în formă de bobină, liniile câmpului magnetic devin ușor de trecut și pot genera forță magnetică mai puternică.2) Motor rotativ real Aici, ca metodă practică de rotație a mașinii electrice, este introdusă metoda de fabricare a câmpului magnetic rotativ prin utilizarea AC trifazat și a bobinei.(AC trifazat este un semnal AC cu un interval de fază de 120.) Bobinele înfășurate în jurul miezului de fier sunt împărțite în trei faze, iar bobinele de fază U, bobinele de fază V și bobinele de fază W sunt aranjate la intervale de 120. Bobinele cu tensiune înaltă generează N poli, iar bobinele cu tensiune joasă generează S poli.Fiecare fază se modifică în funcție de undă sinusoidală, astfel încât polaritatea (polul N, polul S) generată de fiecare bobină și câmpul ei magnetic (forța magnetică) se vor modifica.În acest moment, uitați-vă doar la bobinele care generează N poli și schimbați-le în ordinea bobinei de fază U → bobina de fază V → bobină de fază W → bobină de fază U, rotindu-se astfel.Structura motorului mic Următoarea figură arată structura generală și compararea motorului pas cu pas, motorului DC cu perii și motorului DC fără perii.Componentele de bază ale acestor motoare sunt în principal bobine, magneți și rotoare.În plus, datorită diferitelor tipuri, acestea sunt împărțite în tip fix cu bobină și tip fix cu magnet.
Aici, magnetul motorului cu perie DC este fixat la exterior, iar bobina se rotește pe interior.Peria și comutatorul sunt responsabile pentru alimentarea cu energie a bobinei și schimbarea direcției curentului.Aici, bobina motorului fără perii este fixată la exterior, iar magnetul se rotește pe interior.Datorită diferitelor tipuri de motoare, structurile lor sunt diferite chiar dacă componentele de bază sunt aceleași.Va fi explicat în detaliu în fiecare parte.Motor cu perie Structura motorului cu perie Următoarele este aspectul motorului cu perie de curent continuu folosit adesea în model și diagrama schematică explodata a motorului obișnuit cu doi poli (doi magneți) cu trei fante (trei bobine).Poate că mulți oameni au experiența de a dezasambla motorul și de a scoate magnetul.Se poate observa că magnetul permanent al motorului cu perie DC este fix, iar bobina motorului cu perie DC se poate roti în jurul centrului interior.Partea fixă se numește „stator”, iar partea rotativă se numește „rotor”.
Principiul de rotație al motorului periei ① Rotiți în sens invers acelor de ceasornic din starea inițială Bobina A este în partea de sus, conectând sursa de alimentare la perie și lăsați partea stângă (+) și partea dreaptă (-).Un curent mare trece de la peria din stânga către bobina A prin comutator.Aceasta este o structură în care partea superioară (exterior) a bobinei A devine polul S.Deoarece 1/2 din curentul bobinei A curge de la peria din stânga la bobina B și bobina C în direcția opusă bobinei A, părțile exterioare ale bobinei B și bobinei C devin poli N slabi (indicate prin litere puțin mai mici în figura).Câmpul magnetic generat în aceste bobine și repulsia și atracția magneților fac ca bobinele să se rotească în sens invers acelor de ceasornic.② rotire suplimentară în sens invers acelor de ceasornic.În continuare, se presupune că peria dreaptă este în contact cu două comutatoare în starea în care bobina A se rotește în sens invers acelor de ceasornic cu 30 de grade.Curentul bobinei A curge continuu de la peria stângă la peria dreaptă, iar partea exterioară a bobinei păstrează polul S.Același curent ca și bobina A curge prin bobina B, iar exteriorul bobinei B devine un pol N mai puternic.Deoarece ambele capete ale bobinei C sunt scurtcircuitate de perii, nu curge curent și nu este generat niciun câmp magnetic.Chiar și în acest caz, va fi supus forței de rotație în sens invers acelor de ceasornic.De la ③ la ④, bobina superioară primește continuu forța care se deplasează spre stânga, iar bobina inferioară primește continuu forța care se deplasează spre dreapta și continuă să se rotească în sens invers acelor de ceasornic.Când bobina se rotește la ③ și ④ la fiecare 30 de grade, când bobina este situată deasupra axei orizontale centrale, partea exterioară a bobinei devine pol S;Când bobina este situată dedesubt, devine pol N, iar această mișcare se repetă.Cu alte cuvinte, bobina superioară este supusă în mod repetat unei forțe care se deplasează spre stânga, iar bobina inferioară este supusă în mod repetat unei forțe care se deplasează spre dreapta (ambele în sens invers acelor de ceasornic).Acest lucru face ca rotorul să se rotească întotdeauna în sens invers acelor de ceasornic.Dacă sursa de alimentare este conectată la peria stângă (-) și peria dreaptă (+) opusă, în bobină va fi generat un câmp magnetic cu direcții opuse, astfel încât direcția forței aplicate bobinei este și ea opusă, rotindu-se în sensul acelor de ceasornic. .În plus, atunci când sursa de alimentare este deconectată, rotorul motorului periei se va opri din rotire deoarece nu există un câmp magnetic care să-l mențină în rotație.Motor trifazat fără perii cu undă completă Aspectul și structura motorului trifazat fără perii cu undă completă
Diagrama structurii interne și circuitul echivalent al conexiunii bobinei motorului trifazat fără perii cu undă completă În continuare este schema schematică a structurii interne și schema circuitului echivalent al conexiunii bobinei.Diagrama structurii interne este un exemplu simplu de motor cu 2 poli (2 magneți) cu 3 fante (3 bobine).Este similar cu structura motorului periei cu același număr de poli și fante, dar partea bobinei este fixă și magnetul se poate roti.Desigur, nu există nicio perie.În acest caz, bobina adoptă metoda de conectare în Y, iar elementul semiconductor este utilizat pentru a furniza curent bobinei, iar intrarea și ieșirea curentului sunt controlate în funcție de poziția magnetului rotativ.În acest exemplu, un element Hall este utilizat pentru a detecta poziția magnetului.Elementul Hall este aranjat între bobine și detectează tensiunea generată în funcție de intensitatea câmpului magnetic și o folosește ca informații de poziție.În imaginea motorului arborelui FDD prezentată mai devreme, se poate observa și că există un element Hall (deasupra bobinei) între bobină și bobină pentru a detecta poziția.Elementul Hall este un senzor magnetic binecunoscut.Mărimea câmpului magnetic poate fi convertită în mărimea tensiunii, iar direcția câmpului magnetic poate fi reprezentată prin pozitiv și negativ.
Principiul de rotație al motorului fără perii trifazat cu val complet În continuare, principiul de rotație al motorului fără perii va fi explicat conform pașilor ① ~ ⑥.Pentru o înțelegere ușoară, magnetul permanent este simplificat de la circular la dreptunghiular aici.① În bobina trifazată, lăsați bobina 1 să fie fixată în direcția orei 12 a ceasului, bobina 2 să fie fixată în direcția orei 4 a ceasului, iar bobina 3 să fie fixată în direcția 8. direcția ceasului.Lăsați polul N al magnetului permanent cu 2 poli să fie în stânga și polul S în dreapta și se poate roti.Un curent Io curge în bobina 1 pentru a genera un câmp magnetic S-pol în afara bobinei.Curentul Io/2 curge din bobina 2 și bobina 3 pentru a genera un câmp magnetic de poli N în afara bobinei.Când câmpurile magnetice ale bobinei 2 și ale bobinei 3 sunt sintetizate vector, se generează un câmp magnetic de poli N în jos, care este de 0,5 ori dimensiunea câmpului magnetic generat atunci când curentul Io trece printr-o bobină și atunci când este adăugat la bobina magnetică. câmpul bobinei 1, acesta devine de 1,5 ori.Acest lucru va produce un câmp magnetic compozit cu un unghi de 90 în raport cu magnetul permanent, astfel încât cuplul maxim poate fi generat și magnetul permanent se rotește în sensul acelor de ceasornic.Când curentul bobinei 2 este redus și curentul bobinei 3 este crescut în funcție de poziția de rotație, câmpul magnetic rezultat se rotește de asemenea în sensul acelor de ceasornic și magnetul permanent continuă să se rotească.② Când este rotit cu 30 de grade, curentul Io curge în bobina 1, astfel încât curentul din bobina 2 este zero, iar curentul Io curge din bobina 3. Partea exterioară a bobinei 1 devine un pol S, iar partea exterioară a bobinei 3 devine un pol N.Când vectorii sunt combinați, câmpul magnetic generat este de √3(≈1,72) ori mai mare decât cel generat atunci când curentul Io trece printr-o bobină.Acest lucru va produce, de asemenea, un câmp magnetic rezultat la un unghi de 90 în raport cu câmpul magnetic al magnetului permanent și se va roti în sensul acelor de ceasornic.Când curentul de intrare Io al bobinei 1 este redus în funcție de poziția de rotație, curentul de intrare al bobinei 2 crește de la zero, iar curentul de ieșire al bobinei 3 crește la Io, câmpul magnetic rezultat se rotește și în sensul acelor de ceasornic, iar magnetul permanent continuă să se rotească.Presupunând că fiecare curent de fază este sinusoidal, valoarea curentului aici este io× sin (π 3) = io× √ 32. Prin sinteza vectorială a câmpului magnetic, câmpul magnetic total este (√ 32) 2× 2 = 1,5 ori mai mare decât cel câmp magnetic generat de o bobină.※.Atunci când fiecare curent de fază este undă sinusoidală, indiferent unde se află magnetul permanent, mărimea câmpului magnetic vector compozit este de 1,5 ori mai mare decât câmpul magnetic generat de o bobină, iar câmpul magnetic formează un unghi de 90 de grade în raport cu câmpul magnetic al magnetului permanent.③ În starea de a continua să se rotească cu 30 de grade, curentul Io/2 curge în bobina 1, curentul Io/2 curge în bobina 2, iar curentul Io iese din bobina 3. Partea exterioară a bobinei 1 devine polul S , partea exterioară a bobinei 2 devine polul S, iar partea exterioară a bobinei 3 devine polul N.Când vectorii sunt combinați, câmpul magnetic generat este de 1,5 ori mai mare decât cel generat atunci când curentul Io trece printr-o bobină (la fel ca ①).Aici, un câmp magnetic sintetic cu un unghi de 90 de grade în raport cu câmpul magnetic al magnetului permanent va fi, de asemenea, generat și rotit în sensul acelor de ceasornic.④～⑥ Rotiți în același mod ca ① ~ ③.În acest fel, dacă curentul care curge în bobină este comutat continuu în funcție de poziția magnetului permanent, magnetul permanent se va roti într-o direcție fixă.În mod similar, dacă curentul curge în direcția opusă și câmpul magnetic sintetic este inversat, acesta se va roti în sens invers acelor de ceasornic.Următoarea figură arată curentul fiecărei bobine în fiecare pas de la ① la ⑥.Prin introducerea de mai sus, ar trebui să putem înțelege relația dintre schimbarea actuală și rotație.motor pas cu pas Motorul pas este un tip de motor care poate controla unghiul de rotație și viteza în mod sincron și precis cu semnalul de impuls.Motorul pas este numit și „motor cu impulsuri”.Motorul pas este utilizat pe scară largă în echipamentele care necesită poziționare, deoarece poate realiza o poziționare precisă numai prin control în buclă deschisă, fără a utiliza senzorul de poziție.Structura motorului pas cu pas (bipolar bifazat) În exemplele de aspect, sunt date aspectul motoarelor pas cu pas HB (hibrid) și PM (magnet permanent).Diagrama structurii din mijloc arată, de asemenea, structura HB și PM.Motorul pas cu pas este o structură cu bobină fixă și magnet permanent rotativ.Diagrama conceptuală a structurii interne a motorului pas cu pas din dreapta este un exemplu de motor PM care utilizează bobine bifazate (două grupuri).În exemplul de structură de bază a motorului pas cu pas, bobina este dispusă pe exterior, iar magnetul permanent este dispus pe interior.Pe lângă două faze, există multe tipuri de bobine cu trei faze și cinci faze egale.Unele motoare pas cu pas au alte structuri diferite, dar pentru a introduce principiile lor de funcționare, această lucrare oferă structura de bază a motoarelor pas cu pas.Prin acest articol, sper să înțeleg că motorul pas cu pas adoptă practic structura de fixare a bobinei și rotația magnetului permanent.Principiul de funcționare de bază al motorului pas cu pas (excitație monofazată) Următoarele utilizează pentru a introduce principiul de funcționare de bază al motorului pas cu pas.① Curentul curge din partea stângă a bobinei 1 și din partea dreaptă a bobinei 1. Nu lăsați curentul să curgă prin bobina 2. În acest moment, interiorul bobinei din stânga 1 devine N, iar interiorul bobinei 1. bobina dreaptă 1 devine S.. Prin urmare, magnetul permanent din mijloc este atras de câmpul magnetic al bobinei 1 și se oprește în starea părții stângi S și a părții drepte N.. ② Oprește curentul în bobina 1, astfel încât curentul să intre din partea superioară a bobinei 2 și să iasă din partea inferioară a bobinei 2. Partea interioară a bobinei superioare 2 devine N, iar partea interioară a bobinei inferioare 2 devine S.. Magnetul permanent este atras de câmpul său magnetic și încetează să se rotească 90 în sensul acelor de ceasornic.③ Opriți curentul din bobina 2, astfel încât curentul să intre din partea dreaptă a bobinei 1 și să iasă din partea stângă a bobinei 1. Interiorul bobinei din stânga 1 devine S, iar interiorul bobinei din dreapta 1 devine N.. Magnetul permanent este atras de câmpul său magnetic și se rotește în sensul acelor de ceasornic pentru a se opri încă 90 de grade.④ Opriți curentul în bobina 1, astfel încât curentul să intre din partea inferioară a bobinei 2 și să iasă din partea superioară a bobinei 2. Interiorul bobinei superioare 2 devine S, iar interiorul bobinei 2. bobina inferioară 2 devine N.. Magnetul permanent este atras de câmpul său magnetic și se rotește în sensul acelor de ceasornic pentru încă 90 de grade pentru a se opri.Motorul pas cu pas poate fi rotit prin comutarea curentului care curge prin bobină în ordinea de mai sus de la ① la ④ prin circuitul electronic.În acest exemplu, fiecare acțiune de comutare va roti motorul pas cu 90. În plus, atunci când curentul curge continuu printr-o anumită bobină, poate menține starea de oprire și poate face ca motorul pas cu pas să aibă cuplul de menținere.Apropo, dacă curentul care curge prin bobină este inversat, motorul pas cu pas poate fi rotit în direcția opusă.
