2) modur cylchdroi gwirioneddol

Yma, fel dull ymarferol o gylchdroi peiriannau trydan, cyflwynir dull o gynhyrchu maes magnetig cylchdroi gan ddefnyddio cerrynt eiledol tri cham a choiliau.
(Mae AC tri cham yn signal AC gyda chyfwng cyfnod o 120 °)

• Mae'r maes magnetig synthetig yn y cyflwr ① uchod yn cyfateb i'r ffigur canlynol ①.
• Mae'r maes magnetig synthetig yn y cyflwr ② uchod yn cyfateb i ② yn y ffigur isod.
• Mae'r maes magnetig synthetig yn y cyflwr uchod ③ yn cyfateb i'r ffigur canlynol ③.

Fel y disgrifir uchod, mae clwyf y coil o amgylch y craidd wedi'i rannu'n dri cham, ac mae'r coil cam U, y coil cam V, a'r coil cam W yn cael eu trefnu ar gyfnodau o 120 °. Mae'r coil â foltedd uchel yn cynhyrchu polyn N, ac mae'r coil â foltedd isel yn cynhyrchu polyn S.
Gan fod pob cam yn newid fel ton sin, mae'r polaredd (polyn N, polyn S) a gynhyrchir gan bob coil a'i faes magnetig (grym magnetig) yn newid.
Ar yr adeg hon, edrychwch ar y coil sy'n cynhyrchu'r polyn N, a newidiwch mewn dilyniant yn ôl y coil cam U → Coil cam V → Coil cyfnod W → Coil cam U, a thrwy hynny gylchdroi.

Strwythur modur bach

Mae'r ffigur isod yn dangos strwythur cyffredinol a chymhariaeth y tri modur: modur stepper, modur cerrynt uniongyrchol wedi'i frwsio (DC), a modur cerrynt uniongyrchol di-frwsh (DC).Mae cydrannau sylfaenol y moduron hyn yn bennaf yn coiliau, magnetau a rotorau. Yn ogystal, oherwydd gwahanol fathau, fe'u rhennir yn fath sefydlog coil a math sefydlog magnet.

Mae'r canlynol yn ddisgrifiad o'r strwythur sy'n gysylltiedig â'r diagram enghreifftiol.Gan y gall fod strwythurau eraill ar sail fwy gronynnog, deallwch fod y strwythur a ddisgrifir yn yr erthygl hon o fewn fframwaith mawr.

Yma, mae coil y modur stepiwr wedi'i osod ar y tu allan, ac mae'r magnet yn cylchdroi ar y tu mewn.

Yma, mae magnetau'r modur DC brwsio wedi'u gosod ar y tu allan, ac mae'r coiliau'n cael eu cylchdroi ar y tu mewn.Mae'r brwsys a'r cymudadur yn gyfrifol am gyflenwi pŵer i'r coil a newid cyfeiriad y cerrynt.

Yma, mae coil y modur heb frwsh wedi'i osod ar y tu allan, ac mae'r magnet yn cylchdroi ar y tu mewn.

Oherwydd y gwahanol fathau o moduron, hyd yn oed os yw'r cydrannau sylfaenol yr un fath, mae'r strwythur yn wahanol.Bydd y manylion yn cael eu hesbonio'n fanwl ym mhob adran.

modur brwsio

Strwythur y modur brwsio

Isod mae sut olwg sydd ar fodur DC wedi'i frwsio a ddefnyddir yn aml mewn modelau, yn ogystal â sgematig ffrwydrol o fodur math tri-slot (3 coil) dau-polyn cyffredin (2 fagnet).Efallai bod llawer o bobl yn cael y profiad o ddadosod y modur a thynnu'r magnet.

Gellir gweld bod magnetau parhaol y modur DC brwsio yn sefydlog, a gall coiliau'r modur DC brwsio gylchdroi o amgylch y ganolfan fewnol.Gelwir yr ochr llonydd yn “stator” a gelwir yr ochr gylchdroi yn “rotor”.

Mae'r canlynol yn ddiagram sgematig o'r strwythur sy'n cynrychioli cysyniad y strwythur.

Mae yna dri chymudadur (taflenni metel plygu ar gyfer newid cerrynt) ar gyrion yr echel ganolog sy'n cylchdroi.Er mwyn osgoi cyswllt â'i gilydd, trefnir y cymudwyr ar egwyl o 120° (360°÷3 darn).Mae'r cymudadur yn cylchdroi wrth i'r siafft gylchdroi.

Mae un cymudadur wedi'i gysylltu ag un pen coil a'r pen coil arall, ac mae tri chymudadur a thri coil yn ffurfio cyfan (cylch) fel rhwydwaith cylched.

Mae dau frws wedi'u gosod ar 0 ° a 180 ° i ddod i gysylltiad â'r cymudadur.Mae'r cyflenwad pŵer DC allanol wedi'i gysylltu â'r brwsh, ac mae'r cerrynt yn llifo yn ôl llwybr y brwsh → cymudadur → coil → brwsh.

Egwyddor cylchdroi modur brwsio

① Cylchdroi gwrthglocwedd o'r cyflwr cychwynnol

Mae Coil A ar ei ben, cysylltwch y cyflenwad pŵer â'r brwsh, gadewch i'r chwith fod (+) a'r dde fod (-).Mae cerrynt mawr yn llifo o'r brwsh chwith i coil A drwy'r cymudadur.Dyma'r strwythur y mae rhan uchaf (ochr allanol) y coil A yn dod yn begwn S.

Gan fod 1/2 o gerrynt coil A yn llifo o'r brwsh chwith i coil B a coil C i'r cyfeiriad arall i coil A, mae ochrau allanol coil B a coil C yn dod yn bolion N gwan (a ddangosir gan lythrennau ychydig yn llai yn y ffigwr).

Mae'r meysydd magnetig a grëir yn y coiliau hyn ac effeithiau gwrthyrrol a deniadol y magnetau yn gosod grym cylchdroi gwrthglocwedd i'r coiliau.

② Trowch ymhellach yn wrthglocwedd

Nesaf, rhagdybir bod y brwsh cywir mewn cysylltiad â'r ddau gymudadur mewn cyflwr lle mae'r coil A yn cylchdroi yn wrthglocwedd gan 30 °.

Mae cerrynt coil A yn parhau i lifo o'r brwsh chwith i'r brwsh dde, ac mae tu allan y coil yn cynnal y polyn S.

Mae'r un cerrynt â Coil A yn llifo trwy Coil B, a thu allan Coil B yn dod yn begwn N cryfach.

Gan fod dau ben y coil C yn cael eu cylchedd byr gan y brwsys, nid oes cerrynt yn llifo ac ni chynhyrchir maes magnetig.

Hyd yn oed yn yr achos hwn, mae grym cylchdroi gwrthglocwedd yn brofiadol.

O ③ i ④, mae'r coil uchaf yn parhau i dderbyn grym i'r chwith, ac mae'r coil isaf yn parhau i dderbyn grym i'r dde, ac yn parhau i gylchdroi gwrthglocwedd

Pan fydd y coil yn cael ei gylchdroi i ③ a ④ bob 30 °, pan fydd y coil wedi'i leoli uwchben yr echelin lorweddol ganolog, mae ochr allanol y coil yn dod yn begwn S; pan fydd y coil wedi'i leoli isod, mae'n dod yn polyn N, ac mae'r symudiad hwn yn cael ei ailadrodd.

Mewn geiriau eraill, mae'r coil uchaf yn cael ei orfodi dro ar ôl tro i'r chwith, ac mae'r coil isaf yn cael ei orfodi dro ar ôl tro i'r dde (y ddau i gyfeiriad gwrthglocwedd).Mae hyn yn cadw'r rotor rhag troi'n wrthglocwedd drwy'r amser.

Os ydych chi'n cysylltu pŵer â'r brwsys chwith (-) a dde (+) gyferbyn, mae meysydd magnetig gyferbyn yn cael eu creu yn y coiliau, felly mae'r grym a roddir ar y coiliau hefyd i'r cyfeiriad arall, gan droi'n glocwedd.

Yn ogystal, pan fydd y pŵer yn cael ei ddiffodd, mae rotor y modur brwsio yn stopio cylchdroi oherwydd nad oes maes magnetig i'w gadw i nyddu.

Modur di-frwsh ton lawn tri cham

Ymddangosiad a strwythur modur di-frwsh ton lawn tri cham

Mae'r ffigur isod yn dangos enghraifft o ymddangosiad a strwythur modur heb frwsh.

Ar y chwith mae enghraifft o fodur gwerthyd a ddefnyddir i droelli disg optegol mewn dyfais chwarae disg optegol.Cyfanswm o dri cham × 3 cyfanswm o 9 coiliau.Ar y dde mae enghraifft o fodur gwerthyd ar gyfer dyfais FDD, gyda chyfanswm o 12 coiliau (tri cham × 4).Mae'r coil wedi'i osod ar y bwrdd cylched a'i glwyfo o amgylch y craidd haearn.

Y rhan siâp disg i'r dde o'r coil yw'r rotor magnet parhaol.Mae'r ymyl yn fagnet parhaol, mae siafft y rotor yn cael ei fewnosod i ran ganolog y coil ac yn gorchuddio'r rhan coil, ac mae'r magnet parhaol yn amgylchynu ymyl y coil.

Diagram strwythur mewnol a chyswllt coil cylched cyfatebol o modur di-frwsh ton lawn tri cham

Nesaf mae diagram sgematig o'r strwythur mewnol a diagram sgematig o gylched cyfatebol y cysylltiad coil.

Mae'r diagram mewnol hwn yn enghraifft o fodur 2-polyn (2 fagnet) 3-slot (3 coil) syml iawn.Mae'n debyg i strwythur modur brwsio gyda'r un nifer o bolion a slotiau, ond mae ochr y coil yn sefydlog a gall y magnetau gylchdroi.Wrth gwrs, dim brwsys.

Yn yr achos hwn, mae'r coil wedi'i gysylltu â Y, gan ddefnyddio elfen lled-ddargludyddion i gyflenwi'r coil â cherrynt, a rheolir mewnlif ac all-lif y cerrynt yn ôl lleoliad y magnet cylchdroi.Yn yr enghraifft hon, defnyddir elfen Hall i ganfod lleoliad y magnet.Trefnir yr elfen Hall rhwng y coiliau, a chanfyddir y foltedd a gynhyrchir yn seiliedig ar gryfder y maes magnetig a'i ddefnyddio fel gwybodaeth sefyllfa.Yn y ddelwedd o'r modur gwerthyd FDD a roddwyd yn gynharach, gellir gweld hefyd bod yna elfen Neuadd (uwchben y coil) ar gyfer canfod sefyllfa rhwng y coil a'r coil.

Mae elfennau neuadd yn synwyryddion magnetig adnabyddus.Gellir trosi maint y maes magnetig i faint y foltedd, a gellir mynegi cyfeiriad y maes magnetig fel positif neu negyddol.Isod mae diagram sgematig yn dangos effaith Hall.

Mae elfennau Neuadd yn manteisio ar y ffenomen “pan fydd cerrynt I_{Mae H yn llifo trwy lled-ddargludydd ac mae fflwcs magnetig B yn mynd ar ongl sgwâr i'r cerrynt, sef foltedd VH}yn cael ei gynhyrchu i'r cyfeiriad perpendicwlar i'r cerrynt a'r maes magnetig“, darganfu’r ffisegydd Americanaidd Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) y ffenomen hon a’i galw’n “effaith y Neuadd”.Y foltedd canlyniadol V_Hyn cael ei gynrychioli gan y fformiwla ganlynol.

V_H= (K_H/ d) ・I_H・B ※K_H: Cyfernod Neuadd, d: trwch wyneb treiddiad fflwcs magnetig

Fel y dengys y fformiwla, po uchaf yw'r cerrynt, yr uchaf yw'r foltedd.Defnyddir y nodwedd hon yn aml i ganfod lleoliad y rotor (magnet).

Egwyddor cylchdroi modur di-frwsh ton lawn tri cham

Bydd egwyddor cylchdroi y modur brushless yn cael ei esbonio yn y camau canlynol ① i ⑥.Er mwyn ei ddeall yn hawdd, mae'r magnetau parhaol yn cael eu symleiddio o gylchoedd i betryalau yma.

①

Ymhlith y coiliau tri cham, tybir bod coil 1 wedi'i osod i gyfeiriad 12 o'r gloch y cloc, mae coil 2 wedi'i osod i gyfeiriad 4 o'r gloch y cloc, ac mae coil 3 wedi'i osod yn y cyfeiriad 8 o'r gloch.Gadewch i begwn N y magnet parhaol 2-polyn fod ar y chwith a'r polyn S ar y dde, a gellir ei gylchdroi.

Mae cerrynt Io yn cael ei lifo i'r coil 1 i gynhyrchu maes magnetig polyn S y tu allan i'r coil.Gwneir cerrynt Io/2 i lifo o Coil 2 a Coil 3 i gynhyrchu maes magnetig N-polyn y tu allan i'r coil.

Pan fydd meysydd magnetig coil 2 a coil 3 yn cael eu fectoreiddio, mae maes magnetig polyn N yn cael ei gynhyrchu ar i lawr, sydd 0.5 gwaith maint y maes magnetig a gynhyrchir pan fydd y cerrynt Io yn mynd trwy un coil, ac mae 1.5 gwaith yn fwy o'i ychwanegu i faes magnetig coil 1.Mae hyn yn creu maes magnetig canlyniadol ar ongl 90 ° i'r magnet parhaol, fel y gellir cynhyrchu'r trorym mwyaf, mae'r magnet parhaol yn cylchdroi clocwedd.

Pan fydd cerrynt coil 2 yn cael ei ostwng a bod cerrynt coil 3 yn cael ei gynyddu yn ôl y lleoliad cylchdro, mae'r maes magnetig canlyniadol hefyd yn cylchdroi yn glocwedd ac mae'r magnet parhaol hefyd yn parhau i gylchdroi.

②

Yn y cyflwr cylchdroi gan 30 °, mae'r cerrynt Io yn llifo i'r coil 1 , mae'r cerrynt yn y coil 2 yn cael ei wneud yn sero, ac mae'r cerrynt Io yn llifo allan o'r coil 3 .

Mae tu allan y coil 1 yn dod yn bolyn S, a thu allan y coil 3 yn dod yn begwn N.Pan gyfunir y fectorau, mae'r maes magnetig canlyniadol yn √3 (≈1.72) gwaith y maes magnetig a gynhyrchir pan fydd y cerrynt Io yn mynd trwy coil.Mae hyn hefyd yn cynhyrchu maes magnetig canlyniadol ar ongl 90 ° i faes magnetig y magnet parhaol ac yn cylchdroi clocwedd.

Pan fydd cerrynt mewnlif Io y coil 1 yn cael ei ostwng yn ôl y safle cylchdro, mae cerrynt mewnlif y coil 2 yn cynyddu o sero, ac mae cerrynt all-lif y coil 3 yn cael ei gynyddu i Io, mae'r maes magnetig canlyniadol hefyd yn cylchdroi clocwedd, ac mae'r magnet parhaol hefyd yn parhau i gylchdroi.

※ Gan dybio bod cerrynt pob cam yn donffurf sinwsoidaidd, y gwerth cerrynt yma yw Io × sin(π⁄3) = Io × √3⁄2 Trwy synthesis fector y maes magnetig, mae cyfanswm maint y maes magnetig yn cael ei gael fel ( √ 3⁄2)²× 2=1.5 gwaith.Pan fydd cerrynt pob cam yn don sin, waeth beth fo lleoliad y magnet parhaol, mae maint y maes magnetig cyfansawdd fector 1.5 gwaith yn fwy na'r maes magnetig a gynhyrchir gan coil, ac mae'r maes magnetig ar ongl 90 ° yn gymharol i faes magnetig y magnet parhaol.

③

Yn y cyflwr o barhau i gylchdroi 30°, mae'r cerrynt Io/2 yn llifo i'r coil 1 , mae'r cerrynt Io/2 yn llifo i'r coil 2 , ac mae'r cerrynt Io yn llifo allan o'r coil 3 .

Mae tu allan y coil 1 yn dod yn bolyn S, mae tu allan y coil 2 hefyd yn dod yn begwn S, a thu allan i'r coil 3 yn dod yn begwn N.Pan gyfunir y fectorau, mae'r maes magnetig canlyniadol 1.5 gwaith y maes magnetig a gynhyrchir pan fydd cerrynt Io yn llifo trwy coil (yr un fath â ①).Yma, hefyd, mae maes magnetig canlyniadol yn cael ei gynhyrchu ar ongl o 90 ° mewn perthynas â maes magnetig y magnet parhaol ac yn cylchdroi clocwedd.

④～⑥

Cylchdroi yn yr un modd â ① i ③.

Yn y modd hwn, os yw'r cerrynt sy'n llifo i'r coil yn cael ei newid yn barhaus mewn dilyniant yn ôl lleoliad y magnet parhaol, bydd y magnet parhaol yn cylchdroi mewn cyfeiriad sefydlog.Yn yr un modd, os byddwch yn gwrthdroi'r llif cerrynt ac yn gwrthdroi'r maes magnetig canlyniadol, bydd yn cylchdroi yn wrthglocwedd.

Mae'r ffigur isod yn dangos cerrynt pob coil yn barhaus ym mhob cam ① i ⑥ uchod.Trwy'r cyflwyniad uchod, dylai fod yn bosibl deall y berthynas rhwng newid cyfredol a chylchdroi.

modur stepper

Mae modur stepper yn fodur sy'n gallu rheoli'r ongl cylchdroi a'r cyflymder wrth gydamseru â signal pwls yn gywir. Gelwir y modur stepper hefyd yn "fodur pwls".Oherwydd mai dim ond trwy reolaeth dolen agored y gall moduron stepiwr gyflawni lleoliad cywir heb ddefnyddio synwyryddion sefyllfa, fe'u defnyddir yn eang mewn offer y mae angen eu lleoli.

Adeiledd modur stepper (deubegwn dau gam)

Mae'r ffigurau canlynol o'r chwith i'r dde yn enghraifft o ymddangosiad y modur camu, diagram sgematig o'r strwythur mewnol, a diagram sgematig o'r cysyniad strwythur.

Yn yr enghraifft ymddangosiad, rhoddir ymddangosiad math HB (Hybrid) a modur camu math PM (Magnet Parhaol).Mae'r diagram strwythur yn y canol hefyd yn dangos strwythur math HB a math PM.

Mae modur camu yn strwythur lle mae'r coil yn sefydlog ac mae'r magnet parhaol yn cylchdroi.Mae'r diagram cysyniadol o strwythur mewnol modur stepiwr ar y dde yn enghraifft o fodur PM sy'n defnyddio coiliau dau gam (dwy set).Yn yr enghraifft o strwythur sylfaenol y modur camu, trefnir y coiliau ar y tu allan a threfnir y magnetau parhaol ar y tu mewn.Yn ogystal â choiliau dau gam, mae yna fathau tri cham a phum cam gyda mwy o gamau.

Mae gan rai moduron stepiwr strwythurau gwahanol eraill, ond rhoddir strwythur sylfaenol y modur stepiwr yn yr erthygl hon i hwyluso cyflwyniad ei egwyddor waith.Trwy'r erthygl hon, rwy'n gobeithio deall bod y modur camu yn y bôn yn mabwysiadu strwythur coil sefydlog a chylchdroi magnet parhaol.

Egwyddor gweithio sylfaenol modur stepper (cyffro un cam)

Defnyddir y ffigur canlynol i gyflwyno egwyddor waith sylfaenol modur stepper.Dyma enghraifft o gyffro ar gyfer pob cam (set o goiliau) y coil deubegwn dau gam uchod.Cynsail y diagram hwn yw bod y cyflwr yn newid o ① i ④.Mae'r coil yn cynnwys Coil 1 a Coil 2, yn y drefn honno.Yn ogystal, mae'r saethau cyfredol yn nodi cyfeiriad llif cyfredol.

①

• Mae'r cerrynt yn llifo i mewn o ochr chwith y coil 1 ac yn llifo allan o ochr dde'r coil 1 .
• Peidiwch â gadael i gerrynt lifo trwy coil 2.
• Ar yr adeg hon, mae ochr fewnol y coil chwith 1 yn dod yn N, ac ochr fewnol y coil dde 1 yn dod yn S.
• Felly, mae'r magnet parhaol yn y canol yn cael ei ddenu gan faes magnetig y coil 1, yn dod yn gyflwr y S chwith a'r dde N, ac yn stopio.

  ②

• Mae cerrynt y coil 1 yn cael ei stopio, ac mae'r cerrynt yn llifo i mewn o ochr uchaf y coil 2 ac yn llifo allan o ochr isaf y coil 2 .
• Mae ochr fewnol y coil uchaf 2 yn dod yn N, ac ochr fewnol y coil isaf 2 yn dod yn S.
• Mae'r magnet parhaol yn cael ei ddenu gan ei faes magnetig ac yn stopio trwy gylchdroi 90 ° clocwedd.

  ③

• Mae cerrynt coil 2 yn cael ei stopio, ac mae'r cerrynt yn llifo i mewn o ochr dde coil 1 ac yn llifo allan o ochr chwith coil 1 .
• Mae ochr fewnol y coil chwith 1 yn dod yn S, ac ochr fewnol y coil dde 1 yn dod yn N.
• Mae'r magnet parhaol yn cael ei ddenu gan ei faes magnetig ac yn stopio trwy droi clocwedd 90 ° arall.

  ④

• Mae cerrynt y coil 1 yn cael ei stopio, ac mae'r cerrynt yn llifo i mewn o ochr isaf y coil 2 ac yn llifo allan o ochr uchaf y coil 2 .
• Mae ochr fewnol y coil uchaf 2 yn dod yn S, ac ochr fewnol y coil isaf 2 yn dod yn N.
• Mae'r magnet parhaol yn cael ei ddenu gan ei faes magnetig ac yn stopio trwy droi clocwedd 90 ° arall.