Quasi a mità di u cunsumu di energia di u mondu hè cunsumatu da i mutori. Per quessa, migliurà l'efficienza di i mutori hè dettu chì hè a misura più efficace per risolve i prublemi energetichi di u mondu.
Tipu di mutore
In generale, si riferisce à cunvertisce a forza generata da u flussu di corrente in u campu magneticu in un muvimentu rotativu, è include ancu u muvimentu lineale in una larga gamma.
Sicondu u tippu di alimentazione guidata da u mutore, pò esse divisu in muturi DC è AC.Sicondu u principiu di a rotazione di u mutore, pò esse divisu in i seguenti tipi.(eccettu per i motori speciali)
Circa i currenti, i campi magnetichi è e forze
Prima, per a cunvenzione di e seguenti spiegazioni di u principiu di u mutore, andemu à riviseghjà e lege / lege basi nantu à i currenti, i campi magnetichi è e forze.Ancu s'ellu ci hè un sensu di nostalgia, hè faciule di scurdà di sta cunniscenza si ùn utilizate micca cumpunenti magnetichi spessu.
Cumbinemu ritratti è formule per illustrà.
Quandu u quadru di piombu hè rettangulare, a forza chì agisce nantu à u currente hè presa in contu.
A forza F chì agisce nantu à i lati a è c hè
Genera torque intornu à l'assi cintrali.
Per esempiu, quandu cunsiderà u statu induve l'angolo di rotazione hè soluθ, a forza chì agisce à l'anguli retti à b è d hè sinθ, cusì u torque Ta di a parte a hè spressione da a formula seguente:
Cunsiderendu a parte c in u listessu modu, u torque hè duppiatu è dà un torque calculatu da:
Siccomu l'area di u rettangulu hè S = h·l, rimpiazzà in a formula di sopra rende i risultati seguenti:
Questa formula ùn hè micca solu per rectanguli, ma ancu per altre forme cumuni cum'è circles.I mutori utilizanu stu principiu.
Cumu gira u mutore?
1) U mutore gira cù l'aiutu di magnete, forza magnetica
Intornu à un magnetu permanente cù un arbre rotativu,① gira u magnetu(per generà un campu magneticu rotativu),② secondu u principiu di i poli N è S chì attiranu i poli opposti è repulsendu à u listessu livellu,③ u magnetu cù l'arbu rotanti girà.
Questu hè u principiu di basa di a rotazione di u mutore.
Un campu magneticu rotativu (forza magnetica) hè generatu intornu à u filu quandu un currente scorri à traversu u filu, è u magnetu gira, chì hè in realtà u stessu statu di operazione.
Inoltre, quandu u filu hè feritu in una forma di bobina, a forza magnetica hè cumminata, un grande flussu di campu magneticu (flussu magneticu) hè furmatu, è u polu N è u polu S sò generati.
Inoltre, inserendu un core di ferru in u filu spirale, diventa più faciule per a forza magnetica per passà, è pò esse generata una forza magnetica più forte.
2) Mutore rotativu attuale
Quì, cum'è un metudu praticu di rotazione di e macchine elettriche, hè introduttu un metudu di pruduce un campu magneticu rotativu utilizendu corrente alternante trifase è bobine.
(AC trifase hè un signalu AC cù un intervallu di fasi di 120 °)
- U campu magneticu sinteticu in u statu ① sopra currisponde à a figura seguente ①.
- U campu magneticu sinteticu in u statu ② sopra currisponde à ② in a figura sottu.
- U campu magneticu sinteticu in u statu sopra ③ currisponde à a seguente figura ③.
Comu descrittu sopra, a bobina avvolta intornu à u core hè divisa in trè fasi, è a bobina in fase U, bobina in fase V è bobina in fase W sò disposti à intervalli di 120 °. A bobina cù alta tensione genera un polu N, è a bobina cù bassa tensione genera un polu S.
Siccomu ogni fase cambia cum'è una onda sinusoidale, a polarità (polo N, polu S) generata da ogni bobina è u so campu magneticu (forza magnetica) cambianu.
À questu tempu, basta à guardà a bobina chì produce u polu N, è cambia in sequenza secondu a bobina di fase U → bobina di fase V → bobina di fase W → bobina di fase U, cusì rotante.
Struttura di un picculu mutore
A figura quì sottu mostra a struttura generale è a comparazione di i trè mutori: mutore stepper, mutore di corrente diretta brushed (DC) è mutore di corrente diretta senza spazzola (DC).I cumpunenti basi di sti mutori sò principalmente bobine, magneti è rotori. Inoltre, per via di diversi tipi, sò divisi in u tipu fissu di bobina è u tipu fissu magnetu.
A seguita hè una descrizzione di a struttura assuciata cù u diagramma di esempiu.Siccomu ci ponu esse altre strutture nantu à una basa più granulare, per piacè capisce chì a struttura descritta in questu articulu hè in un grande quadru.
Quì, a bobina di u mutore stepper hè fissatu à l'esternu, è u magnetu gira à l'internu.
Quì, i magneti di u mutore DC brushed sò fissi nantu à l'esternu, è e bobine sò rotate in l'internu.I spazzole è u commutatore sò rispunsevuli di furnisce u putere à a bobina è di cambià a direzzione di u currente.
Quì, a bobina di u mutore brushless hè fissatu à l'esternu, è u magnetu gira à l'internu.
A causa di i diversi tipi di muturi, ancu s'è i cumpunenti basi sò listessi, a struttura hè diversa.I specifichi seranu spiegati in dettagliu in ogni sezione.
mutore spazzolatu
Struttura di u mutore brushed
Quì sottu hè ciò chì pare un mutore DC brushed spessu usatu in mudelli, è ancu un schema splutatu di un mutore di tipu cumuni di dui poli (2 magneti) tri-slot (3 bobine).Forsi assai persone anu l'esperienza di disassemble u mutore è caccià u magnetu.
Pò esse vistu chì i magneti permanenti di u mutore DC brushed sò fissi, è e bobine di u motor DC brushed ponu girà intornu à u centru internu.U latu stazionariu hè chjamatu "statore" è u latu rotativu hè chjamatu "rotor".
U seguente hè un schema schematicu di a struttura chì rapprisenta u cuncettu di struttura.
Ci sò trè commutatori (foglie di metallo curvate per u cambiamentu di corrente) à a periferia di l'assi cintrali rotanti.Per evitari u cuntattu cù l'altri, i commutatori sò disposti à un intervallu di 120 ° (360 ° ÷ 3 pezzi).U commutatore gira cum'è l'arbulu gira.
Un commutatore hè cunnessu cù una estremità di bobina è l'altra estremità di bobina, è trè commutatori è trè bobine formanu un sanu (anellu) cum'è una rete di circuitu.
Dui spazzole sò fissati à 0 ° è 180 ° per u cuntattu cù u commutatore.L'alimentazione DC esterna hè cunnessa à a spazzola, è u currente scorri secondu u percorsu di a spazzola → commutatore → bobina → spazzola.
Principiu di rotazione di u mutore spazzolatu
① Rotate in senso antiorario da u statu iniziale
A bobina A hè in cima, cunnette l'alimentazione à a spazzola, lasciate a manca (+) è a diritta (-).Un grande currente scorri da a spazzola sinistra à a bobina A attraversu u commutatore.Questa hè a struttura in quale a parte superiore (parti esterna) di a bobina A diventa u polu S.
Siccomu 1/2 di u currente di a bobina A scorri da a spazzola sinistra à a bobina B è a bobina C in a direzzione opposta à a bobina A, i lati esterni di a bobina B è a bobina C diventanu poli N deboli (indicati da lettere ligeramente più chjuche in u figura).
I campi magnetichi creati in queste bobine è l'effetti repulsivi è attrattivi di i magneti sottumettenu e bobine à una forza rotativa in senso antiorario.
② Gira ulteriormente in senso antiorario
In seguitu, si assume chì a spazzola diritta hè in cuntattu cù i dui commutatori in un statu induve a bobina A hè rotata in senso antiorario di 30 °.
U currente di a bobina A cuntinueghja à scorri da a spazzola di manca à a spazzola diritta, è l'esterno di a bobina mantene u polu S.
A listessa corrente chì a bobina A passa per a bobina B, è l'esterno di a bobina B diventa u polu N più forte.
Siccomu i dui estremità di a bobina C sò in cortocircuiti da e spazzole, ùn ci hè micca un flussu di corrente è nisun campu magneticu hè generatu.
Ancu in questu casu, una forza di rotazione antiurariu hè sperimentata.
Da ③ à ④, a bobina superiore cuntinueghja à riceve una forza à a manca, è a bobina inferjuri cuntinueghja à riceve una forza à a diritta, è cuntinueghja à rotà in senso antiorario.
Quandu a bobina hè rotata à ③ è ④ ogni 30 °, quandu a bobina hè posizionata sopra à l'assi horizontale cintrali, a parte esterna di a bobina diventa u polu S; quandu a bobina hè posizionata sottu, diventa u polu N, è stu muvimentu hè ripetutu.
In altri palori, a bobina superiore hè ripetutamente forzata à a manca, è a bobina inferjuri hè ripetutamente forzata à a diritta (sia in una direzzione antiurariu).Questu mantene u rotore chì gira sempre in senso antiorario.
Se cunnette u putere à i spazzole opposti à a manca (-) è à a diritta (+), i campi magnetichi opposti sò creati in i bobine, cusì a forza applicata à e bobine hè ancu in a direzzione opposta, vultendu in u sensu orariu.
Inoltre, quandu u putere hè disattivatu, u rotore di u mutore brushed si ferma di rotazione perchè ùn ci hè micca un campu magneticu per mantene a rotazione.
Motore senza spazzole a onda piena trifase
L'aspettu è a struttura di u mutore brushless trifase full-wave
A figura sottu mostra un esempiu di l'apparenza è a struttura di un mutore brushless.
A manca hè un esempiu di un mutore di spindle utilizatu per spin un discu otticu in un dispositivu di riproduzione di discu otticu.Un totale di trifasi × 3 totali di 9 bobine.À a diritta hè un esempiu di un mutore di spindle per un dispositivu FDD, cù un totale di 12 bobine (trifasi × 4).A bobina hè fissata nantu à u circuitu è avvolta intornu à u core di ferru.
A parte in forma di discu à a diritta di a bobina hè u rotore di magnete permanente.A periferia hè un magnetu permanente, l'arbulu di u rotore hè inseritu in a parti cintrali di a bobina è copre a parte di a bobina, è u magnetu permanente circundà a periferia di a bobina.
Schema di struttura interna è circuitu equivalente di cunnessione di bobina di u mutore senza spazzola trifase full-wave
Dopu hè un schema schematicu di a struttura interna è un schema schematicu di u circuitu equivalente di a cunnessione di a bobina.
Stu schema internu hè un esempiu di un mutore di 2 poli (2 magneti) 3-slot (3 bobine) assai simplice.Hè simile à una struttura di mutore brushed cù u listessu numeru di poli è slots, ma u latu di a bobina hè fissatu è i magneti ponu girà.Di sicuru, senza spazzole.
In questu casu, a bobina hè cunnessa in Y, utilizendu un elementu semiconductor per furnisce a bobina cù corrente, è l'influssu è u flussu di corrente hè cuntrullatu secondu a pusizione di u magnetu rotativu.In questu esempiu, un elementu Hall hè adupratu per detectà a pusizione di u magnetu.L'elementu Hall hè dispostu trà e bobine, è u voltage generatu hè rilevatu basatu nantu à a forza di u campu magneticu è utilizatu com'è infurmazione di pusizioni.In l'imaghjini di u mutore di spindle FDD datu prima, pò ancu esse vistu chì ci hè un elementu Hall (sopra a bobina) per a rilevazione di pusizioni trà a bobina è a bobina.
Elementi Hall sò sensori magnetichi ben cunnisciuti.A magnitudine di u campu magneticu pò esse cunvertitu in a magnitudine di a tensione, è a direzzione di u campu magneticu pò esse spressione cum'è pusitivu o negativu.Quì sottu hè un diagramma schematicu chì mostra l'effettu Hall.
Elementi Hall prufittà di u fenomenu chì "quandu un currenti IH passa à traversu un semiconductor è un flussu magneticu B passa in angulu rettu à u currente, una tensione VHhè generatu in a direzzione perpendiculare à u currente è u campu magneticu", u fisicu americanu Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) hà scupertu stu fenomenu è u chjamò "effettu Hall".A tensione risultante VHhè rapprisintatu da a seguente formula.
VH= (KH/ d)・IH・B ※KH: coefficient Hall, d: spessore di a superficia di penetrazione di flussu magneticu
Cum'è a formula mostra, più altu hè u currente, più altu hè a tensione.Sta funzione hè spessu usata per detectà a pusizione di u rotore (magnete).
Principiu di rotazione di u mutore brushless trifase full-wave
U principiu di rotazione di u mutore brushless serà spiegatu in i seguenti passi da ① à ⑥.Per una comprensione faciule, i magneti permanenti sò simplificati da circles à rectanguli quì.
①
Trà i bobine trifasi, si assume chì a bobina 1 hè fissata in a direzzione di 12 ore di l'orologio, a bobina 2 hè fissata in a direzzione di 4 ore di l'orologio, è a bobina 3 hè fissata direzzione di 8 ore di u clock.Chì u polu N di u magnetu permanente di 2 poli sia à a manca è u polu S à a diritta, è pò esse rotatu.
Un currente Io hè flussu in a bobina 1 per generà un campu magneticu S-pole fora di a bobina.A corrente Io/2 hè fatta à scorri da a bobina 2 è a bobina 3 per generà un campu magneticu N-pole fora di a bobina.
Quandu i campi magnetichi di a bobina 2 è a bobina 3 sò vectorizzati, un campu magneticu N-pole hè generatu in discendenza, chì hè 0,5 volte a dimensione di u campu magneticu generatu quandu u currente Io passa per una bobina, è hè 1,5 volte più grande quandu hè aghjuntu. à u campu magneticu di a bobina 1.Questu crea un campu magneticu risultatu à un angolo di 90 ° à u magnetu permanente, cusì u torque massimu pò esse generatu, u magnetu permanente gira in u sensu orariu.
Quandu u currente di a bobina 2 hè diminuitu è u currente di a bobina 3 hè aumentatu secondu a pusizione di rotazione, u campu magneticu resultante gira ancu in u sensu orariu è u magnetu permanente cuntinueghja ancu à rotà.
②
In u statu rotatu da 30 °, u currente Io scorri in a bobina 1 , u currente in a bobina 2 hè fatta cero, è u currente Io scorri da a bobina 3 .
L'esterno di a bobina 1 diventa u polu S, è l'esterno di a bobina 3 diventa u polu N.Quandu i vettori sò cumminati, u campu magneticu risultatu hè √3 (≈1.72) volte u campu magneticu pruduciutu quandu u currente Io passa per una bobina.Questu pruduce ancu un campu magneticu risultatu à un angolo di 90 ° à u campu magneticu di u magnetu permanente è rota in u sensu orariu.
Quandu u currenti di flussu Io di a bobina 1 hè diminuitu secondu a pusizione di rotazione, u currente di flussu di a bobina 2 hè aumentatu da zero, è u currente di flussu di a bobina 3 hè aumentatu à Io, u campu magneticu resultante gira ancu in u sensu orariu, è u magnetu permanente cuntinueghja ancu à rotà.
※En supposant que chaque courant de phase soit une forme d'onde sinusoïdale, la valeur du courant ici est Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Grâce à la synthèse vectorielle du champ magnétique, la taille totale du champ magnétique est obtenue comme ( √ 3⁄2)2× 2 = 1,5 volte.Quandu ogni corrente di fase hè una onda sinusoidale, indipendentemente da a pusizione di u magnetu permanente, a magnitudine di u campu magneticu compostu vettore hè 1,5 volte quella di u campu magneticu generatu da una bobina, è u campu magneticu hè in un angolo di 90 ° relative. à u campu magneticu di u magnetu permanente.
③
In u statu di cuntinuà à rotà da 30 °, u currenti Io/2 scorri in a bobina 1 , u currente Io / 2 scorri in a bobina 2 , è u currente Io scorri da a bobina 3 .
L'esterno di a bobina 1 diventa u polu S, l'esterno di a bobina 2 diventa ancu u polu S, è l'esterno di a bobina 3 diventa u polu N.Quandu i vettori sò cumminati, u campu magneticu risultatu hè 1,5 volte u campu magneticu pruduciutu quandu un currente Io scorri per una bobina (cum'è ①).Quì, ancu, un campu magneticu resultanti hè generatu à un angolo di 90 ° rispettu à u campu magneticu di u magnetu permanente è gira in senso orariu.
④～⑥
Girate in u listessu modu da ① à ③.
In questu modu, se u currente chì scorri in a bobina hè cambiatu continuamente in sequenza secondu a pusizione di u magnetu permanente, u magnetu permanente girarà in una direzzione fissa.In listessu modu, se invertite u flussu di corrente è inverte u campu magneticu risultatu, girarà in senso antiorario.
A figura sottu mostra continuamente a corrente di ogni bobina in ogni passu da ① à ⑥ sopra.Per mezu di l'intruduzioni sopra, deve esse pussibule capisce a relazione trà u cambiamentu attuale è a rotazione.
mutore stepper
Un mutore stepper hè un mutore chì pò cuntrullà accuratamente l'angolo di rotazione è a velocità in sincronizazione cù un signalu di impulsu. U mutore stepper hè ancu chjamatu "motore di impulsu".Perchè i mutori stepper ponu ottene un posizionamentu precisu solu per mezu di u cuntrollu di u ciclu apertu senza l'usu di sensori di pusizione, sò largamente usati in l'equipaggiu chì necessita di pusizioni.
Struttura di u mutore stepper (bipolare bifase)
I seguenti figuri da manca à diritta sò un esempiu di l'apparizione di u mutore stepping, un schema schematicu di a struttura interna è un schema schematicu di u cuncettu di struttura.
In l'esempiu di l'apparenza, l'apparizione di u tippu HB (Hybrid) è u tipu PM (magnete permanente) hè datu.U diagramma di struttura in u mezzu mostra ancu a struttura di u tipu HB è u tipu PM.
Un mutore stepping hè una struttura in quale a bobina hè fissata è u magnetu permanente gira.U schema cuncettuale di a struttura interna di un mutore stepper à a diritta hè un esempiu di un mutore PM chì usa dui fasi (dui setti) di bobine.In l'esempiu di a struttura di basa di u mutore stepping, i bobine sò disposti in l'esternu è i magneti permanenti sò disposti in l'internu.In più di bobine di dui fasi, ci sò tippi trifasi è cinque fasi cù più fasi.
Certi mutori stepper anu altre strutture diverse, ma a struttura di basa di u mutore stepper hè datu in questu articulu per facilità l'intruduzioni di u so principiu di travagliu.Attraversu stu articulu, speru di capisce chì u mutore stepping basalmenti adopta a struttura di bobina fissa è magnete permanente rotanti.
Principiu di funziunamentu di basa di u mutore stepper (eccitazione monofase)
A figura seguente hè aduprata per intruduce u principiu di funziunamentu di basa di un mutore stepper.Questu hè un esempiu di eccitazione per ogni fase (set di bobine) di a bobina bipolari di dui fasi sopra.A premessa di stu diagramma hè chì u statu cambia da ① à ④.A bobina hè custituita da Bobina 1 è Bobina 2, rispettivamente.Inoltre, e frecce attuali indicanu a direzzione di u flussu attuale.
①
- U currente scorri da u latu manca di a bobina 1 è scorri da u latu drittu di a bobina 1.
- Ùn lasciate micca chì u currente scorri attraversu a bobina 2.
- À questu tempu, u latu internu di a bobina sinistra 1 diventa N, è u latu internu di a bobina diritta 1 diventa S.
- Per quessa, u magnetu permanente in u mezu hè attrattu da u campu magneticu di a bobina 1, diventa u statu di a manca S è a diritta N, è si ferma.
②
- U currente di a bobina 1 hè firmatu, è u currente scorri da a parte superiore di a bobina 2 è esce da a parte inferiore di a bobina 2.
- U latu internu di a bobina superiore 2 diventa N, è u latu internu di a bobina inferiore 2 diventa S.
- U magnetu permanente hè attrattu da u so campu magneticu è si ferma da a rotazione di 90 ° in u sensu orariu.
③
- U currente di a bobina 2 hè fermatu, è u currente scorri da u latu drittu di a bobina 1 è esce da u latu manca di a bobina 1.
- U latu internu di a bobina sinistra 1 diventa S, è u latu internu di a bobina diritta 1 diventa N.
- U magnetu permanente hè attrattu da u so campu magneticu è si ferma girandu in u sensu orariu un altru 90 °.
④
- U currente di a bobina 1 hè firmatu, è u currente scorri da u latu inferjuri di a bobina 2 è esce da a parte superiore di a bobina 2.
- U latu internu di a bobina superiore 2 diventa S, è u latu internu di a bobina inferiore 2 diventa N.
- U magnetu permanente hè attrattu da u so campu magneticu è si ferma girandu in u sensu orariu un altru 90 °.
Tempu di post: Jul-09-2022