2) المحرك الدوار الفعلي

هنا، كطريقة عملية لتدوير الآلات الكهربائية، تم تقديم طريقة لإنتاج مجال مغناطيسي دوار باستخدام تيار متناوب ثلاثي الطور وملفات.
(التيار المتردد ثلاثي الطور عبارة عن إشارة تيار متردد بفاصل طور قدره 120 درجة)

• يتوافق المجال المغناطيسي الاصطناعي في الحالة ① المذكورة أعلاه مع الشكل ① التالي.
• المجال المغناطيسي الاصطناعي في الحالة ② أعلاه يتوافق مع ② في الشكل أدناه.
• المجال المغناطيسي الاصطناعي في الحالة المذكورة أعلاه ③ يتوافق مع الشكل التالي ③.

كما هو موضح أعلاه، يتم تقسيم الملف الملفوف حول القلب إلى ثلاث مراحل، ويتم ترتيب ملف الطور U، وملف الطور V، وملف الطور W على فترات تبلغ 120 درجة. الملف ذو الجهد العالي يولد القطب N، والملف ذو الجهد المنخفض يولد القطب S.
بما أن كل مرحلة تتغير كموجة جيبية، فإن القطبية (القطب N، القطب S) المتولدة عن كل ملف ومجاله المغناطيسي (القوة المغناطيسية) تتغير.
في هذا الوقت، ما عليك سوى إلقاء نظرة على الملف الذي ينتج القطب N، وتغيير التسلسل وفقًا لملف الطور U ← ملف الطور V ← ملف الطور W ← ملف الطور U، وبالتالي الدوران.

هيكل محرك صغير

يوضح الشكل أدناه الهيكل العام والمقارنة بين المحركات الثلاثة: محرك السائر، ومحرك التيار المباشر المصقول (DC)، ومحرك التيار المباشر بدون فرش (DC).المكونات الأساسية لهذه المحركات هي بشكل رئيسي الملفات والمغناطيس والدوارات. بالإضافة إلى ذلك، بسبب الأنواع المختلفة، يتم تقسيمها إلى نوع الملف الثابت والنوع الثابت المغناطيسي.

فيما يلي وصف للبنية المرتبطة بالرسم التخطيطي للمثال.نظرًا لاحتمال وجود بنيات أخرى على أساس أكثر تفصيلاً، يرجى فهم أن البنية الموضحة في هذه المقالة تقع ضمن إطار عمل كبير.

هنا، يتم تثبيت ملف محرك السائر من الخارج، ويدور المغناطيس من الداخل.

هنا، يتم تثبيت مغناطيس محرك DC المصقول من الخارج، ويتم تدوير الملفات من الداخل.الفرش والمبدل مسؤولون عن إمداد الملف بالطاقة وتغيير اتجاه التيار.

هنا، يتم تثبيت ملف المحرك بدون فرش من الخارج، ويدور المغناطيس من الداخل.

بسبب اختلاف أنواع المحركات، حتى لو كانت المكونات الأساسية هي نفسها، فإن الهيكل يختلف.وسيتم شرح التفاصيل بالتفصيل في كل قسم.

محرك نحى

هيكل المحرك المصقول

يوجد أدناه الشكل الذي يبدو عليه محرك التيار المستمر المصقول المستخدم غالبًا في النماذج، بالإضافة إلى مخطط تخطيطي موسع لمحرك مشترك ثنائي القطب (مغناطيسين) وثلاث فتحات (3 ملفات).ربما يتمتع الكثير من الأشخاص بخبرة تفكيك المحرك وإخراج المغناطيس.

يمكن ملاحظة أن المغناطيس الدائم لمحرك DC المصقول ثابت، ويمكن أن تدور ملفات محرك DC المصقول حول المركز الداخلي.الجانب الثابت يسمى "الجزء الثابت" والجانب الدوار يسمى "الدوار".

فيما يلي رسم تخطيطي للهيكل الذي يمثل مفهوم الهيكل.

توجد ثلاثة مبدلات (صفائح معدنية منحنية لتبديل التيار) على محيط المحور المركزي الدوار.من أجل تجنب الاتصال مع بعضها البعض، يتم ترتيب أدوات التبديل على مسافة 120 درجة (360 درجة ÷3 قطع).يدور العاكس بينما يدور العمود.

يتم توصيل مبدل واحد بنهاية ملف واحد ونهاية ملف آخر، وتشكل ثلاثة مبدلات وثلاثة ملفات كاملة (حلقة) كشبكة دائرة.

يتم تثبيت فرشتين عند 0° و180° للتلامس مع المبدل.يتم توصيل مصدر طاقة التيار المستمر الخارجي بالفرشاة، ويتدفق التيار وفقًا لمسار الفرشاة ← العاكس ← الملف ← الفرشاة.

مبدأ دوران المحرك المصقول

① قم بالتدوير عكس اتجاه عقارب الساعة من الحالة الأولية

الملف A في الأعلى، قم بتوصيل مصدر الطاقة بالفرشاة، ليكن اليسار (+) واليمين (-).يتدفق تيار كبير من الفرشاة اليسرى إلى الملف A عبر المبدل.هذا هو الهيكل الذي يصبح فيه الجزء العلوي (الجانب الخارجي) من الملف A هو القطب S.

نظرًا لأن نصف تيار الملف A يتدفق من الفرشاة اليسرى إلى الملف B والملف C في الاتجاه المعاكس للملف A، فإن الجوانب الخارجية للملف B والملف C تصبح أقطاب N ضعيفة (يشار إليها بأحرف أصغر قليلاً في شكل) .

إن المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها في هذه الملفات والتأثيرات الجذابة والتنافرية للمغناطيس تُخضع الملفات لقوة دوران عكس اتجاه عقارب الساعة.

② أدر كذلك عكس اتجاه عقارب الساعة

بعد ذلك، من المفترض أن تكون الفرشاة اليمنى على اتصال مع المبدلين في حالة يتم فيها تدوير الملف A عكس اتجاه عقارب الساعة بمقدار 30 درجة.

يستمر تيار الملف A في التدفق من الفرشاة اليسرى إلى الفرشاة اليمنى، ويحافظ الجزء الخارجي من الملف على القطب S.

يتدفق نفس التيار الذي يمر به الملف A عبر الملف B، ويصبح الجزء الخارجي من الملف B هو القطب N الأقوى.

نظرًا لأن كلا طرفي الملف C تم قصهما بواسطة الفرش، فلا يتدفق تيار ولا يتم إنشاء أي مجال مغناطيسي.

وحتى في هذه الحالة، هناك قوة دوران عكس اتجاه عقارب الساعة.

من ③ إلى ④، يستمر الملف العلوي في تلقي قوة إلى اليسار، ويستمر الملف السفلي في تلقي قوة إلى اليمين، ويستمر في الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة

عندما يتم تدوير الملف إلى ③ و④ كل 30°، عندما يتم وضع الملف فوق المحور الأفقي المركزي، يصبح الجانب الخارجي للملف هو القطب S؛ عندما يتم وضع الملف بالأسفل، يصبح القطب N، وتتكرر هذه الحركة.

بمعنى آخر، يتم دفع الملف العلوي بشكل متكرر إلى اليسار، ويتم دفع الملف السفلي بشكل متكرر إلى اليمين (كلاهما في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة).وهذا يحافظ على دوران الدوار عكس اتجاه عقارب الساعة طوال الوقت.

إذا قمت بتوصيل الطاقة إلى الفرشاة اليسرى (-) واليمنى (+)، فسيتم إنشاء مجالات مغناطيسية متقابلة في الملفات، وبالتالي فإن القوة المطبقة على الملفات تكون أيضًا في الاتجاه المعاكس، وتدور في اتجاه عقارب الساعة.

بالإضافة إلى ذلك، عند انقطاع التيار الكهربائي، يتوقف الجزء الدوار للمحرك المصقول عن الدوران لأنه لا يوجد مجال مغناطيسي يبقيه يدور.

محرك ثلاثي الطور بدون فرش ذو موجة كاملة

مظهر وهيكل محرك بدون فرش ثلاثي الطور كامل الموجة

يوضح الشكل أدناه مثالاً لمظهر وهيكل محرك بدون فرش.

يوجد على اليسار مثال لمحرك مغزلي يستخدم لتدوير قرص ضوئي في جهاز تشغيل القرص البصري.إجمالي ثلاث مراحل × 3 إجمالي 9 ملفات.يوجد على اليمين مثال لمحرك مغزلي لجهاز FDD، بإجمالي 12 ملفًا (ثلاثي الطور × 4).يتم تثبيت الملف على لوحة الدائرة الكهربائية ويتم لفه حول القلب الحديدي.

الجزء على شكل قرص الموجود على يمين الملف هو الجزء الدوار ذو المغناطيس الدائم.المحيط عبارة عن مغناطيس دائم، ويتم إدخال عمود الدوار في الجزء المركزي من الملف ويغطي جزء الملف، ويحيط المغناطيس الدائم بمحيط الملف.

مخطط الهيكل الداخلي والدائرة المكافئة لتوصيل الملف لمحرك ثلاثي الطور بدون فرشاة كامل الموجة

التالي هو رسم تخطيطي للهيكل الداخلي ورسم تخطيطي للدائرة المكافئة لاتصال الملف.

هذا المخطط الداخلي هو مثال لمحرك بسيط جدًا ثنائي القطب (2 مغناطيس) 3 فتحات (3 ملفات).إنه مشابه لهيكل المحرك المصقول بنفس عدد الأعمدة والفتحات، لكن جانب الملف ثابت ويمكن للمغناطيس أن يدور.وبطبيعة الحال، لا فرش.

في هذه الحالة، يكون الملف متصلاً على شكل حرف Y، وذلك باستخدام عنصر شبه موصل لتزويد الملف بالتيار، ويتم التحكم في تدفق التيار الداخل والخارج وفقًا لموضع المغناطيس الدوار.في هذا المثال، يتم استخدام عنصر القاعة للكشف عن موضع المغناطيس.يتم ترتيب عنصر القاعة بين الملفات، ويتم اكتشاف الجهد المتولد بناءً على قوة المجال المغناطيسي واستخدامه كمعلومات للموقع.في صورة محرك المغزل FDD الموضحة سابقًا، يمكن أيضًا ملاحظة وجود عنصر Hall (فوق الملف) لاكتشاف الموقع بين الملف والملف.

عناصر القاعة هي أجهزة استشعار مغناطيسية معروفة.يمكن تحويل حجم المجال المغناطيسي إلى حجم الجهد، ويمكن التعبير عن اتجاه المجال المغناطيسي على أنه إيجابي أو سلبي.يوجد أدناه رسم تخطيطي يوضح تأثير هول.

تستفيد عناصر القاعة من الظاهرة التي تقول "عندما يكون تيار I_{يتدفق H عبر شبه موصل ويمر التدفق المغناطيسي B بزوايا قائمة مع التيار، وهو الجهد VH}يتم إنشاؤه في الاتجاه العمودي على التيار والمجال المغناطيسي"، اكتشف الفيزيائي الأمريكي إدوين هربرت هول (Edwin Herbert Hall) هذه الظاهرة وأطلق عليها اسم "تأثير هول".الجهد الناتج V_Hيتم تمثيلها بالصيغة التالية.

V_H= (ك_H/ د)・أنا_H・ ب ※ ك_H: معامل هول، d: سمك سطح اختراق التدفق المغناطيسي

كما تظهر الصيغة، كلما زاد التيار، زاد الجهد.تُستخدم هذه الميزة غالبًا لاكتشاف موضع الدوار (المغناطيس).

مبدأ الدوران للمحرك بدون فرش ثلاثي الطور كامل الموجة

سيتم شرح مبدأ دوران المحرك بدون فرش في الخطوات التالية من ① إلى ⑥.لسهولة الفهم، تم هنا تبسيط المغناطيس الدائم من الدوائر إلى المستطيلات.

①

من بين الملفات ثلاثية الطور، يفترض أن الملف 1 مثبت في اتجاه الساعة 12 من الساعة، والملف 2 مثبت في اتجاه الساعة 4 من الساعة، والملف 3 مثبت في اتجاه الساعة 4. اتجاه الساعة 8 صباحا .دع القطب N للمغناطيس الدائم ذو القطبين يكون على اليسار والقطب S على اليمين، ويمكن تدويره.

يتدفق تيار Io إلى الملف 1 لتوليد مجال مغناطيسي على شكل S خارج الملف.يتم إجراء تيار Io/2 ليتدفق من الملف 2 والملف 3 لتوليد مجال مغناطيسي ذو قطب N خارج الملف.

عندما يتم توجيه المجالات المغناطيسية للملف 2 والملف 3، يتم إنشاء مجال مغناطيسي ذو قطب N إلى الأسفل، وهو 0.5 مرة حجم المجال المغناطيسي المتولد عندما يمر تيار Io عبر ملف واحد، ويكون أكبر 1.5 مرة عند إضافته المجال المغناطيسي للملف 1.يؤدي هذا إلى إنشاء مجال مغناطيسي ناتج بزاوية 90 درجة مع المغناطيس الدائم، لذلك يمكن توليد أقصى عزم دوران، ويدور المغناطيس الدائم في اتجاه عقارب الساعة.

عندما ينخفض ​​تيار الملف 2 ويزداد تيار الملف 3 وفقًا لموضع الدوران، فإن المجال المغناطيسي الناتج يدور أيضًا في اتجاه عقارب الساعة ويستمر المغناطيس الدائم أيضًا في الدوران.

②

في الحالة التي يتم تدويرها بمقدار 30 درجة، يتدفق تيار Io إلى الملف 1، ويصبح التيار في الملف 2 صفرًا، ويتدفق تيار Io خارج الملف 3.

يصبح الجزء الخارجي من الملف 1 هو القطب S، والجزء الخارجي من الملف 3 يصبح القطب N.عندما يتم دمج المتجهات، يكون المجال المغناطيسي الناتج √3 (≈1.72) أضعاف المجال المغناطيسي الناتج عندما يمر تيار Io عبر ملف.ينتج عن هذا أيضًا مجالًا مغناطيسيًا ناتجًا بزاوية 90 درجة للمجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم ويدور في اتجاه عقارب الساعة.

عندما ينخفض ​​تيار التدفق الداخلي Io للملف 1 وفقًا لموضع الدوران، يزداد تيار التدفق الداخلي للملف 2 من الصفر، ويزداد تيار التدفق الخارجي للملف 3 إلى Io، ويدور المجال المغناطيسي الناتج أيضًا في اتجاه عقارب الساعة، ويستمر المغناطيس الدائم أيضًا في الدوران.

※بافتراض أن كل طور تيار هو شكل موجة جيبية، فإن القيمة الحالية هنا هي Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 من خلال التوليف المتجه للمجال المغناطيسي، يتم الحصول على الحجم الإجمالي للمجال المغناطيسي كـ ( √ 3⁄2)²× 2=1.5 مرة.عندما يكون كل تيار طور عبارة عن موجة جيبية، بغض النظر عن موضع المغناطيس الدائم، فإن حجم المجال المغناطيسي المركب المتجه يكون 1.5 مرة من المجال المغناطيسي الناتج عن الملف، ويكون المجال المغناطيسي بزاوية 90 درجة نسبيًا إلى المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم.

③

في حالة الاستمرار في التدوير بمقدار 30 درجة، يتدفق التيار Io/2 إلى الملف 1، ويتدفق التيار Io/2 إلى الملف 2، ويتدفق التيار Io خارج الملف 3.

يصبح الجزء الخارجي من الملف 1 هو القطب S، ويصبح الجزء الخارجي من الملف 2 أيضًا القطب S، ويصبح الجزء الخارجي من الملف 3 هو القطب N.عندما يتم دمج المتجهات، يكون المجال المغناطيسي الناتج أكبر بمقدار 1.5 مرة من المجال المغناطيسي الناتج عندما يتدفق تيار Io عبر ملف (مثل ①).هنا أيضًا، يتم إنشاء مجال مغناطيسي ناتج بزاوية 90 درجة بالنسبة للمجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم ويدور في اتجاه عقارب الساعة.

④～⑥

قم بالتدوير بنفس طريقة ① إلى ③.

بهذه الطريقة، إذا تم تبديل التيار المتدفق إلى الملف بشكل مستمر بالتسلسل وفقًا لموضع المغناطيس الدائم، فإن المغناطيس الدائم سوف يدور في اتجاه ثابت.وبالمثل، إذا قمت بعكس تدفق التيار وعكس المجال المغناطيسي الناتج، فسوف يدور عكس اتجاه عقارب الساعة.

يوضح الشكل أدناه بشكل مستمر تيار كل ملف في كل خطوة من ① إلى ⑥ أعلاه.من خلال المقدمة أعلاه ينبغي أن يكون من الممكن فهم العلاقة بين التغيير الحالي والتناوب.

محرك السائر

محرك السائر هو محرك يمكنه التحكم بدقة في زاوية الدوران وسرعته بالتزامن مع إشارة النبض. يُطلق على محرك السائر أيضًا اسم "محرك النبض".نظرًا لأن المحركات السائر لا يمكنها تحقيق تحديد الموقع بدقة إلا من خلال التحكم في الحلقة المفتوحة دون استخدام مستشعرات الموضع، فإنها تستخدم على نطاق واسع في المعدات التي تتطلب تحديد الموقع.

هيكل محرك السائر (ثنائي القطب ثنائي الطور)

الأشكال التالية من اليسار إلى اليمين هي مثال على مظهر المحرك المتدرج، ورسم تخطيطي للهيكل الداخلي، ورسم تخطيطي لمفهوم الهيكل.

في مثال المظهر، يتم إعطاء مظهر المحرك المتدرج من النوع HB (الهجين) والنوع PM (المغناطيس الدائم).يُظهر مخطط الهيكل الموجود في المنتصف أيضًا هيكل نوع HB ونوع PM.

المحرك المتدرج هو هيكل يتم فيه تثبيت الملف ويدور المغناطيس الدائم.الرسم التخطيطي المفاهيمي للهيكل الداخلي للمحرك السائر الموجود على اليمين هو مثال لمحرك PM يستخدم مرحلتين (مجموعتين) من الملفات.في مثال الهيكل الأساسي للمحرك المتدرج، يتم ترتيب الملفات من الخارج ويتم ترتيب المغناطيس الدائم من الداخل.بالإضافة إلى الملفات ثنائية الطور، هناك أنواع ثلاثية الطور وخمسة أطوار مع المزيد من الأطوار.

بعض المحركات السائر لها هياكل أخرى مختلفة، ولكن تم ذكر الهيكل الأساسي للمحرك السائر في هذه المقالة لتسهيل إدخال مبدأ عمله.من خلال هذه المقالة، آمل أن أفهم أن المحرك المتدرج يعتمد بشكل أساسي على هيكل الملف الثابت والمغناطيس الدائم الدوار.

مبدأ العمل الأساسي للمحرك السائر (الإثارة أحادية الطور)

يستخدم الشكل التالي لتقديم مبدأ العمل الأساسي للمحرك السائر.هذا مثال على الإثارة لكل مرحلة (مجموعة ملفات) من الملف ثنائي القطب ثنائي الطور أعلاه.فرضية هذا المخطط هي أن الحالة تتغير من ① إلى ④.يتكون الملف من الملف 1 والملف 2، على التوالي.وبالإضافة إلى ذلك، تشير الأسهم الحالية إلى اتجاه التدفق الحالي.

①

• يتدفق التيار من الجانب الأيسر للملف 1 ويتدفق للخارج من الجانب الأيمن للملف 1 .
• لا تسمح للتيار بالتدفق خلال الملف 2.
• في هذا الوقت، يصبح الجانب الداخلي للملف الأيسر 1 N، والجانب الداخلي للملف الأيمن 1 يصبح S.
• ولذلك، فإن المغناطيس الدائم الموجود في المنتصف ينجذب إلى المجال المغناطيسي للملف 1، ويصبح في حالة اليسار S واليمين N، ويتوقف.

  ②

• توقف تيار الملف 1، ويتدفق التيار من الجانب العلوي للملف 2 ويتدفق للخارج من الجانب السفلي للملف 2 .
• يصبح الجانب الداخلي للملف العلوي 2 N، والجانب الداخلي للملف السفلي 2 يصبح S.
• ينجذب المغناطيس الدائم إلى مجاله المغناطيسي ويتوقف عن الدوران بزاوية 90 درجة في اتجاه عقارب الساعة.

  ③

• توقف تيار الملف 2، ويتدفق التيار من الجانب الأيمن للملف 1 ويتدفق للخارج من الجانب الأيسر للملف 1.
• الجانب الداخلي للملف الأيسر 1 يصبح S، والجانب الداخلي للملف الأيمن 1 يصبح N.
• ينجذب المغناطيس الدائم إلى مجاله المغناطيسي ويتوقف عن طريق الدوران في اتجاه عقارب الساعة بمقدار 90 درجة أخرى.

  ④

• توقف تيار الملف 1، ويتدفق التيار من الجانب السفلي للملف 2 ويتدفق خارجًا من الجانب العلوي للملف 2 .
• يصبح الجانب الداخلي للملف العلوي 2 S، والجانب الداخلي للملف السفلي 2 يصبح N.
• ينجذب المغناطيس الدائم إلى مجاله المغناطيسي ويتوقف عن طريق الدوران في اتجاه عقارب الساعة بمقدار 90 درجة أخرى.