2) Фактычны верціцца рухавік

Тут у якасці практычнага метаду вярчальных электрычных машын уводзіцца спосаб стварэння вярчальнага магнітнага поля з дапамогай трохфазнага пераменнага току і шпулек.
(Трохфазны пераменны ток - гэта сігнал пераменнага току з інтэрвалам фаз 120°)

• Сінтэтычнае магнітнае поле ў вышэйзгаданым стане ① адпавядае малюнку ①.
• Сінтэтычнае магнітнае поле ў стане ② вышэй адпавядае ② на малюнку ніжэй.
• Сінтэтычнае магнітнае поле ў вышэйзгаданым стане ③ адпавядае малюнку ③.

Як апісана вышэй, шпулька, накручаная на стрыжань, падзелена на тры фазы, і шпулька U-фазы, V-фазы і W-фазы размешчаны з інтэрваламі ў 120°. Шпулька з высокім напругай стварае N-полюс, а шпулька з нізкім напругай - S-полюс.
Паколькі кожная фаза змяняецца як сінусоіда, палярнасць (N полюс, S полюс), якая ствараецца кожнай шпулькай, і яе магнітнае поле (магнітная сіла) змяняюцца.
У гэты час проста паглядзіце на катушку, якая стварае N-полюс, і зменіце паслядоўнасць у адпаведнасці з U-фазай катушка→V-фаза катушка→W-фаза катушка→U-фаза катушка, тым самым круцячыся.

Будова малагабарытнага рухавіка

На малюнку ніжэй паказана агульная структура і параўнанне трох рухавікоў: крокавага рухавіка, шчотачнага рухавіка пастаяннага току (DC) і бесщеточного рухавіка пастаяннага току (DC).Асноўнымі кампанентамі гэтых рухавікоў з'яўляюцца ў асноўным шпулькі, магніты і ротары. Акрамя таго, з-за розных тыпаў яны дзеляцца на шпулькі фіксаванага тыпу і магнітнага фіксаванага тыпу.

Далей прыводзіцца апісанне структуры, звязанай з прыкладам дыяграмы.Паколькі могуць існаваць іншыя структуры на больш дэталёвай аснове, памятайце, што структура, апісаная ў гэтым артыкуле, знаходзіцца ў шырокіх рамках.

Тут шпулька крокавага рухавіка замацавана звонку, а магніт круціцца ўнутры.

Тут магніты матавага рухавіка пастаяннага току замацаваны звонку, а шпулькі круцяцца ўнутры.Шчоткі і камутатар адказваюць за падачу харчавання на шпульку і змену напрамку току.

Тут шпулька бесщеточного рухавіка замацавана звонку, а магніт круціцца ўнутры.

З-за розных тыпаў рухавікоў, нават калі асноўныя кампаненты аднолькавыя, структура адрозніваецца.Спецыфіка будзе падрабязна растлумачана ў кожным раздзеле.

шчотачны рухавік

Структура шчотачнага рухавіка

Ніжэй паказана, як выглядае матавы рухавік пастаяннага току, які часта выкарыстоўваецца ў мадэлях, а таксама разгорнутая схема звычайнага двухполюснага (2 магніты) рухавіка з трыма слотамі (3 шпулькі).Магчыма, у многіх ёсць вопыт разборкі матора і вымання магніта.

Відаць, што пастаянныя магніты матавага рухавіка пастаяннага току нерухомыя, а шпулькі матавага рухавіка пастаяннага току могуць круціцца вакол унутранага цэнтра.Нерухомы бок называецца «статар», а бок, які верціцца, называецца «ротар».

Ніжэй прыведзена прынцыповая дыяграма структуры, якая прадстаўляе канцэпцыю структуры.

Па перыферыі цэнтральнай восі верціцца тры камутатара (гнутыя металічныя лісты для пераключэння току).Каб пазбегнуць кантакту адзін з адным, камутатары размешчаны з інтэрвалам 120° (360°÷3 штукі).Камутатар круціцца разам з кручэннем вала.

Адзін камутатар злучаны з адным канцом шпулькі і другім канцом шпулькі, і тры камутатары і тры шпулькі ўтвараюць цэлае (кальцо) у выглядзе сеткі ланцугоў.

Дзве шчоткі замацаваны пад кутамі 0° і 180° для кантакту з камутатарам.Знешні крыніца харчавання пастаяннага току падлучаны да шчоткі, і ток цячэ па шляху шчотка → камутатар → шпулька → шчотка.

Прынцып кручэння шчотачнага рухавіка

① Павярнуць супраць гадзіннікавай стрэлкі ад пачатковага стану

Шпулька A знаходзіцца зверху, падключыце блок харчавання да шчоткі, хай злева будзе (+), а справа (-).Вялікі ток цячэ ад левай шчоткі да шпулькі А праз камутатар.Гэта структура, у якой верхняя частка (знешні бок) шпулькі А становіцца S-полюсам.

Паколькі 1/2 току шпулькі A цячэ ад левай шчоткі да шпулькі B і шпулькі C у кірунку, процілеглым шпульцы A, вонкавыя бакі шпулькі B і шпулькі C становяцца слабымі N-полюсамі (пазначаны трохі меншымі літарамі ў фігура) .

Магнітныя палі, створаныя ў гэтых шпульках, а таксама эфекты адштурхвання і прыцягнення магнітаў падвяргаюць шпулькі сіле, якое верціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі.

② Далей павярніце супраць гадзіннікавай стрэлкі

Далей мяркуецца, што правая шчотка знаходзіцца ў кантакце з двума камутатарамі ў стане, калі шпулька А павернутая супраць гадзінны стрэлкі на 30°.

Ток шпулькі A працягвае цячы ад левай шчоткі да правай шчоткі, а вонкавы бок шпулькі падтрымлівае S-полюс.

Праз катушку B цячэ той самы ток, што і ў шпулькі A, і вонкавы бок шпулькі B становіцца больш моцным полюсам N.

Паколькі абодва канцы шпулькі C замыкаюцца шчоткамі, ток не цячэ і магнітнае поле не ствараецца.

Нават у гэтым выпадку адчуваецца сіла кручэння супраць гадзіннікавай стрэлкі.

Ад ③ да ④ верхняя шпулька працягвае атрымліваць сілу ўлева, а ніжняя шпулька працягвае атрымліваць сілу ўправа і працягвае круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі

Калі шпулька паварочваецца да ③ і ④ кожныя 30°, калі шпулька размешчана над цэнтральнай гарызантальнай воссю, вонкавы бок шпулькі становіцца S-полюсам; калі шпулька знаходзіцца ўнізе, яна становіцца N полюсам, і гэты рух паўтараецца.

Іншымі словамі, верхняя шпулька некалькі разоў рухаецца ўлева, а ніжняя шпулька - управа (абодва супраць гадзіннікавай стрэлкі).Гэта забяспечвае ўвесь час кручэнне ротара супраць гадзіннікавай стрэлкі.

Калі вы падключыце харчаванне да процілеглых левай (-) і правай (+) шчотак, у шпульках ствараюцца процілеглыя магнітныя палі, таму сіла, прыкладзеная да шпулек, таксама дзейнічае ў процілеглым кірунку, паварочваючыся па гадзіннікавай стрэлцы.

Акрамя таго, калі электрычнасць адключаецца, ротар шчотачнага рухавіка перастае круціцца, таму што няма магнітнага поля, якое б падтрымлівала яго кручэнне.

Трохфазны поўнахвалевы бесщеточный рухавік

Знешні выгляд і будова трохфазнага двуххвалевага бесщеточного рухавіка

На малюнку ніжэй паказаны прыклад знешняга выгляду і структуры бесщеточного рухавіка.

Злева - прыклад шпіндзельнага рухавіка, які выкарыстоўваецца для кручэння аптычнага дыска ў прыладзе прайгравання аптычнага дыска.Усяго трохфазных × 3 усяго 9 шпулек.Справа - прыклад шпіндзельнага рухавіка для прылады FDD з агульнай колькасцю 12 шпулек (трохфазныя × 4).Шпулька замацавана на друкаванай плаце і наматана на жалезны стрыжань.

Частка ў форме дыска справа ад шпулькі - гэта ротар з пастаянным магнітам.Перыферыя - гэта пастаянны магніт, вал ротара ўстаўлены ў цэнтральную частку шпулькі і ахоплівае частку шпулькі, а пастаянны магніт акружае перыферыю шпулькі.

Схема ўнутранай структуры і эквівалентная схема злучэння шпулькі трохфазнага поўнахвалевага бесщеточнага рухавіка

Далей ідуць прынцыповая схема ўнутранай структуры і прынцыповая схема замяшчальнай схемы злучэння шпулькі.

Гэтая ўнутраная схема з'яўляецца прыкладам вельмі простага 2-полюснага (2 магніты) 3-слотавага (3 шпулькі) рухавіка.Гэта падобна на канструкцыю матавага рухавіка з такой жа колькасцю полюсаў і прарэзаў, але бок шпулькі фіксаваны, і магніты могуць круціцца.Вядома, без пэндзляў.

У гэтым выпадку шпулька злучана з дапамогай паўправадніковага элемента для падачы току ў шпульку, а прыток і адток току кантралюецца ў адпаведнасці з становішчам верціцца магніта.У гэтым прыкладзе элемент Хола выкарыстоўваецца для вызначэння становішча магніта.Элемент Хола размешчаны паміж шпулькамі, і генераванае напружанне вызначаецца на аснове сілы магнітнага поля і выкарыстоўваецца ў якасці інфармацыі аб становішчы.На малюнку рухавіка шпіндзеля FDD, прыведзеным раней, таксама відаць, што ёсць элемент Хола (над шпулькай) для вызначэння становішча паміж шпулькай і шпулькай.

Элементы Хола - добра вядомыя магнітныя датчыкі.Велічыню магнітнага поля можна пераўтварыць у велічыню напружання, а кірунак магнітнага поля можна выказаць як станоўчы або адмоўны.Ніжэй прыведзена схематычная дыяграма, якая паказвае эфект Хола.

Элементы Хола выкарыстоўваюць з'яву, што «калі ток I_{H працякае праз паўправаднік, і магнітны паток B праходзіць пад прамым вуглом да току, напружанне VH}генеруецца ў напрамку, перпендыкулярным току і магнітнаму полю», амерыканскі фізік Эдвін Герберт Хол (Edwin Herbert Hall) адкрыў гэта з'ява і назваў яго «эфектам Хола».Выніковая напруга V_Hпрадстаўлена наступнай формулай.

В_H= (К_H/ d)・Я_H・B ※K_H: каэфіцыент Хола, d: таўшчыня паверхні пранікнення магнітнага патоку

Як паказвае формула, чым больш ток, тым вышэй напружанне.Гэтая функцыя часта выкарыстоўваецца для вызначэння становішча ротара (магніта).

Прынцып кручэння трохфазнага поўнахвалевага бесщеточного рухавіка

Прынцып кручэння бесщеточного рухавіка будзе растлумачаны ў наступных кроках з ① па ⑥.Для палягчэння разумення пастаянныя магніты тут спрошчаны з кругоў на прамавугольнікі.

①

Сярод трохфазных шпулек мяркуецца, што шпулька 1 замацавана ў напрамку 12 гадзін гадзінніка, шпулька 2 замацавана ў кірунку 4 гадзін гадзінніка, а шпулька 3 замацавана ў напрамку 4 гадзін гадзінніка. кірунак 8 гадзін гадзінніка.Няхай N-полюс 2-полюснага пастаяннага магніта знаходзіцца злева, а S-полюс справа, і яго можна паварочваць.

Ток Io паступае ў катушку 1 для стварэння S-полюса магнітнага поля па-за шпулькі.Ток Io/2 выцякае з шпулькі 2 і шпулькі 3 для стварэння N-полюснага магнітнага поля па-за межамі шпулькі.

Калі магнітныя палі шпулькі 2 і шпулькі 3 вектарызуюцца, N-полюснае магнітнае поле генеруецца ўніз, якое ў 0,5 раза перавышае памер магнітнага поля, якое ствараецца пры праходжанні току Io праз адну катушку, і ў 1,5 разы больш, калі яго дадаць да магнітнага поля шпулькі 1.Гэта стварае выніковае магнітнае поле пад вуглом 90° да пастаяннага магніта, таму можа быць створаны максімальны крутоўны момант, пастаянны магніт круціцца па гадзіннікавай стрэлцы.

Калі ток шпулькі 2 памяншаецца, а ток шпулькі 3 павялічваецца ў адпаведнасці з пазіцыяй кручэння, выніковае магнітнае поле таксама круціцца па гадзіннікавай стрэлцы, і пастаянны магніт таксама працягвае круціцца.

②

У стане, павернутым на 30°, ток Io цячэ ў шпульку 1, ток у шпульцы 2 становіцца нулявым, а ток Io выцякае з шпулькі 3.

Знешні бок шпулькі 1 становіцца S-полюсам, а знешні бок шпулькі 3 - N-полюсам.Калі вектары камбінуюцца, выніковае магнітнае поле ў √3 (≈1,72) разоў перавышае магнітнае поле, якое ствараецца, калі ток Io праходзіць праз катушку.Гэта таксама стварае выніковае магнітнае поле пад вуглом 90° да магнітнага поля пастаяннага магніта і круціцца па гадзіннікавай стрэлцы.

Калі ўваходны ток Io шпулькі 1 памяншаецца ў адпаведнасці з пазіцыяй кручэння, ўваходны ток шпулькі 2 павялічваецца ад нуля, а выхадны ток шпулькі 3 павялічваецца да Io, выніковае магнітнае поле таксама круціцца па гадзіннікавай стрэлцы, і пастаянны магніт таксама працягвае круціцца.

※Калі выказаць здагадку, што кожны фазны ток мае сінусоідную форму, значэнне току тут роўна Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Дзякуючы вектарнаму сінтэзу магнітнага поля агульны памер магнітнага поля атрымліваецца як ( √ 3⁄2)²× 2=1,5 разы.Калі кожны фазны ток з'яўляецца сінусоідай, незалежна ад становішча пастаяннага магніта, велічыня вектарнага складовага магнітнага поля ў 1,5 разы перавышае магнітнае поле, якое ствараецца шпулькай, і магнітнае поле знаходзіцца пад вуглом 90° адносна да магнітнага поля пастаяннага магніта.

③

У стане працягвання павароту на 30° ток Io/2 цячэ ў шпульку 1, ток Io/2 цячэ ў шпульку 2, а ток Io выцякае з шпулькі 3.

Знешні бок шпулькі 1 становіцца S-полюсам, знешні бок шпулькі 2 таксама становіцца S-полюсам, а знешні бок шпулькі 3 становіцца N-полюсам.Калі вектары камбінуюцца, выніковае магнітнае поле ў 1,5 раза большае магнітнага поля, якое ствараецца, калі ток Io цячэ праз катушку (тое самае, што ①).Тут таксама выніковае магнітнае поле ствараецца пад вуглом 90° адносна магнітнага поля пастаяннага магніта і круціцца па гадзіннікавай стрэлцы.

④～⑥

Паварот такім жа чынам, як ад ① да ③.

Такім чынам, калі ток, які цячэ ў катушку, бесперапынна пераключаецца паслядоўна ў адпаведнасці з становішчам пастаяннага магніта, пастаянны магніт будзе круціцца ў фіксаваным кірунку.Сапраўды гэтак жа, калі вы зменіце паток току і выніковае магнітнае поле, яно будзе круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі.

На малюнку ніжэй пастаянна паказаны ток кожнай шпулькі на кожным этапе ① - ⑥ вышэй.Дзякуючы прыведзеным вышэй уводзінам, павінна быць магчыма зразумець сувязь паміж бягучымі зменамі і ратацыяй.

крокавы рухавік

Крокавы рухавік - гэта рухавік, які можа дакладна кіраваць вуглом павароту і хуткасцю ў сінхранізацыі з імпульсным сігналам. Крокавы рухавік таксама называюць «імпульсным рухавіком».Паколькі крокавыя рухавікі могуць дасягнуць дакладнага пазіцыянавання толькі праз кіраванне без выкарыстання датчыкаў становішча, яны шырока выкарыстоўваюцца ў абсталяванні, якое патрабуе пазіцыянавання.

Будова крокавага рухавіка (двухфазны біпалярны)

Наступныя малюнкі злева направа ўяўляюць сабой прыклад знешняга выгляду крокавага рухавіка, прынцыповую схему ўнутранай структуры і прынцыповую схему канцэпцыі структуры.

У прыкладзе знешняга выгляду прыведзены знешні выгляд крокавага рухавіка тыпу HB (гібрыдны) і тыпу PM (пастаянны магніт).Дыяграма структуры пасярэдзіне таксама паказвае структуру тыпу HB і тыпу PM.

Крокавы рухавік - гэта канструкцыя, у якой шпулька замацавана, а пастаянны магніт круціцца.Канцэптуальная схема ўнутранай структуры крокавага рухавіка справа ўяўляе сабой прыклад рухавіка з магнітнымі элементамі, які выкарыстоўвае двухфазныя (два наборы) шпулек.У прыкладзе асноўнай структуры крокавага рухавіка шпулькі размешчаны звонку, а пастаянныя магніты - унутры.Акрамя двухфазных шпулек, існуюць трохфазныя і пяціфазныя тыпы з вялікай колькасцю фаз.

Некаторыя крокавыя рухавікі маюць іншую структуру, але асноўная структура крокавага рухавіка прыведзена ў гэтым артыкуле, каб палегчыць увядзенне ў прынцып яго працы.З дапамогай гэтага артыкула я спадзяюся зразумець, што крокавы рухавік у асноўным мае структуру нерухомай шпулькі і верціцца пастаяннага магніта.

Асноўны прынцып працы крокавага рухавіка (аднафазнае ўзбуджэнне)

Наступны малюнак выкарыстоўваецца для азнаямлення з асноўным прынцыпам працы крокавага рухавіка.Гэта прыклад узбуджэння для кожнай фазы (набору шпулек) двухфазнай біпалярнай шпулькі вышэй.Перадумовай гэтай дыяграмы з'яўляецца тое, што стан змяняецца ад ① да ④.Шпулька складаецца з шпулькі 1 і шпулькі 2 адпаведна.Акрамя таго, стрэлкі току паказваюць кірунак току.

①

• Ток паступае з левага боку шпулькі 1 і выцякае з правага боку шпулькі 1.
• Не дазваляйце току праходзіць праз катушку 2.
• У гэты час унутраны бок левай шпулькі 1 становіцца N, а ўнутраны бок правай шпулькі 1 становіцца S.
• Такім чынам, пастаянны магніт у сярэдзіне прыцягваецца магнітным полем шпулькі 1, пераходзіць у стан левага S і правага N і спыняецца.

  ②

• Ток шпулькі 1 спыняецца, і ток паступае з верхняга боку шпулькі 2 і выцякае з ніжняга боку шпулькі 2.
• Унутраны бок верхняй шпулькі 2 становіцца N, а ўнутраны бок ніжняй шпулькі 2 становіцца S.
• Пастаянны магніт прыцягваецца сваім магнітным полем і спыняецца, паварочваючыся на 90° па гадзіннікавай стрэлцы.

  ③

• Ток шпулькі 2 спыняецца, і ток паступае з правага боку шпулькі 1 і выцякае з левага боку шпулькі 1.
• Унутраны бок левай шпулькі 1 становіцца S, а ўнутраны бок правай шпулькі 1 становіцца N.
• Пастаянны магніт прыцягваецца сваім магнітным полем і спыняецца пры павароце па гадзіннікавай стрэлцы яшчэ на 90°.

  ④

• Ток шпулькі 1 спыняецца, і ток паступае з ніжняга боку шпулькі 2 і выцякае з верхняга боку шпулькі 2.
• Унутраны бок верхняй шпулькі 2 становіцца S, а ўнутраны бок ніжняй шпулькі 2 становіцца N.
• Пастаянны магніт прыцягваецца сваім магнітным полем і спыняецца пры павароце па гадзіннікавай стрэлцы яшчэ на 90°.