Munduko energia-kontsumoaren ia erdia motorrek kontsumitzen dute. Horregatik, munduko energia-arazoak konpontzeko neurririk eraginkorrena motorren eraginkortasuna hobetzea omen da.
Motor mota
Oro har, eremu magnetikoko korronte-fluxuak sortzen duen indarra biraketa-higidura bihurtzeari egiten dio erreferentzia, eta mugimendu lineala ere barne hartzen du tarte zabalean.
Motorrak bultzatutako elikatze-hornidura motaren arabera, DC motorra eta AC motorra bana daiteke.Motorraren biraketaren printzipioaren arabera, gutxi gorabehera honako mota hauetan bana daiteke.(motor bereziak izan ezik)
Korronteei, eremu magnetikoei eta indarrei buruz
Lehenik eta behin, ondorengo motor-printzipioen azalpenen erosotasunerako, berrikus ditzagun korronteei, eremu magnetikoei eta indarrei buruzko oinarrizko lege/legeak.Nostalgia bat dagoen arren, erraza da ezagutza hori ahaztea osagai magnetikoak askotan erabiltzen ez badituzu.
Irudiak eta formulak konbinatzen ditugu ilustratzeko.
Berunezko markoa laukizuzena denean, korrontearen gainean eragiten duen indarra hartzen da kontuan.
a eta c aldeetan eragiten duen F indarra da
Momentua sortzen du erdiko ardatzaren inguruan.
Adibidez, errotazio-angelua soilik dagoen egoera kontuan hartutaθ, b eta d-rekiko angelu zuzenetan eragiten duen indarra sin daθ, beraz, a zatiaren Ta momentua formula honen bidez adierazten da:
c zatia modu berean kontuan hartuta, momentua bikoiztu egiten da eta honela kalkulatutako momentua ematen du:
Laukizuzenaren azalera S=h·l denez, goiko formulan ordezkatzeak emaitza hauek ematen ditu:
Formula honek laukizuzenetarako ez ezik, zirkuluak bezalako beste forma arruntetarako ere balio du.Motorek printzipio hau erabiltzen dute.
Nola bira egiten du motorrak?
1) Motorra imanaren laguntzaz biratzen da, indar magnetikoaren laguntzaz
Ardatz birakaria duen iman iraunkor baten inguruan,① imana biratzen du(eremu magnetiko birakaria sortzeko),② N eta S poloen printzipioaren arabera, kontrako poloak erakarri eta maila berean uxatzen,③ ardatz birakaria duen imanak biratu egingo du.
Hau da motorraren errotazioaren oinarrizko printzipioa.
Hariaren inguruan korronte bat igarotzean eremu magnetiko birakaria (indar magnetikoa) sortzen da, eta imanak biratzen du, hau da, funtzionamendu-egoera bera da.
Horrez gain, haria bobina forman harilkatzen denean, indar magnetikoa konbinatzen da, eremu magnetiko fluxu handia (fluxu magnetikoa) sortzen da eta N poloa eta S poloa sortzen dira.
Gainera, hari harilduan burdinazko nukleo bat sartuz gero, indar magnetikoa errazagoa da igarotzea, eta indar magnetiko indartsuagoa sor daiteke.
2) Benetako motor birakaria
Hemen, makina elektriko biratzeko metodo praktiko gisa, korronte alterno trifasikoa eta bobinak erabiliz eremu magnetiko birakaria sortzeko metodo bat aurkezten da.
(AC trifasikoa 120°-ko fase tartea duen AC seinalea da)
- Goiko ① egoeran dagoen eremu magnetiko sintetikoa ① irudi honi dagokio.
- Goiko ② egoeran eremu magnetiko sintetikoa beheko irudiko ②ri dagokio.
- Goiko egoeran dagoen eremu magnetiko sintetikoa ③ hurrengo irudiari dagokio.
Goian azaldu bezala, nukleoaren inguruan inguratutako bobina hiru fasetan banatzen da, eta U faseko bobina, V faseko bobina eta W faseko bobina 120°-ko tarteetan antolatzen dira. Tentsio handiko bobinak N poloa sortzen du, eta tentsio baxua duen bobinak S poloa sortzen du.
Fase bakoitza sinu-uhin gisa aldatzen denez, bobina bakoitzak sortzen duen polaritatea (N poloa, S poloa) eta bere eremu magnetikoa (indar magnetikoa) aldatzen dira.
Une honetan, begiratu besterik ez dago N poloa sortzen duen bobina, eta sekuentzia aldatu U faseko bobina → V faseko bobina → W faseko bobina → U faseko bobina, horrela biratuz.
Motor txiki baten egitura
Beheko irudiak hiru motorren egitura orokorra eta konparazioa erakusten ditu: urratseko motorra, eskuila zuzeneko korronte (DC) motorra eta eskuilarik gabeko korronte zuzeneko (DC) motorra.Motor hauen oinarrizko osagaiak bobinak, imanak eta errotoreak dira batez ere. Horrez gain, mota desberdinak direla eta, bobina mota finkoetan eta iman mota finkoetan banatzen dira.
Jarraian, adibide-diagramarekin lotutako egituraren deskribapena da.Oinarri zehatzago batean beste egitura batzuk egon daitezkeenez, mesedez ulertu artikulu honetan deskribatutako egitura esparru handi batean dagoela.
Hemen, urratseko motorren bobina kanpoaldean finkatzen da, eta imanak barrutik biratzen du.
Hemen, eskuilatutako DC motorraren imanak kanpoaldean finkatzen dira, eta bobinak barrutik biratzen dira.Eskuilak eta konmutadorea bobinari energia hornitzeaz eta korrontearen noranzkoa aldatzeaz arduratzen dira.
Hemen, eskuilarik gabeko motorren bobina kanpoaldean finkatzen da, eta imanak barrutik biratzen du.
Motor mota desberdinak direla eta, oinarrizko osagaiak berdinak izan arren, egitura ezberdina da.Zehaztasunak zehatz-mehatz azalduko dira atal bakoitzean.
eskuiladun motorra
Eskuiladun motorren egitura
Jarraian, ereduetan sarritan erabiltzen den DC motor eskuilatua nolakoa den ikusten da, baita bi poloko (2 iman) hiru zirrikitu (3 bobina) motako motor arrunt baten eskema lehertua ere.Agian jende askok esperientzia du motorra desmuntatu eta imana ateratzeko.
Ikusten da eskuiladun DC motorraren iman iraunkorrak finkoak direla, eta eskuiladun DC motorraren bobinak barruko zentroaren inguruan biratu daitezkeela.Alde geldikoari “estator” deitzen zaio eta alde birakariari “errotorea”.
Jarraian, egituraren kontzeptua adierazten duen egituraren eskema eskematiko bat da.
Ardatz zentral birakariaren periferian hiru konmutagailu daude (korronte-eraldaketarako metalezko xafla tolestuak).Elkarren arteko kontaktua saihesteko, konmutagailuak 120°-ko tartean (360°÷3 pieza) jartzen dira.Konmutagailuak ardatzak biratzen duen heinean biratzen du.
Kommutador bat bobina mutur batekin eta beste bobina mutur batekin konektatuta dago, eta hiru konmutagailu eta hiru bobinak osotasun bat (eraztun) osatzen dute zirkuitu sare gisa.
Bi eskuila 0° eta 180°-tan finkatzen dira kommutadorarekin kontaktuan jartzeko.Kanpoko DC elikadura hornidura eskuilara konektatuta dago, eta korrontea eskuilaren ibilbidearen arabera doa → kommutador → bobina → eskuila.
Eskuiladun motorren biraketa printzipioa
① Biratu erlojuaren norantzan hasierako egoeratik
A bobina gainean dago, konektatu elikadura hornidura eskuila, utzi ezkerrekoa (+) eta eskuinekoa (-).Ezkerreko eskuilatik A bobinara korronte handi bat igarotzen da konmutadorean zehar.Hau da A bobinaren goiko aldea (kanpo aldea) S polo bihurtzen den egitura.
A bobinaren korrontearen 1/2 ezkerreko eskuilatik B bobinara eta C bobina A bobinaren aurkako noranzkoan isurtzen denez, B bobinaren eta C bobinaren kanpoko aldeak N polo ahul bihurtzen dira (letra apur bat txikiagoek adierazten dute. irudia).
Bobina horietan sortzen diren eremu magnetikoek eta imanen efektu aldaratzaile eta erakargarriek bobinak erlojuaren orratzen kontrako biraketa-indarra jasaten dituzte.
② Biratu gehiago erlojuaren norantzan
Jarraian, eskuineko eskuila bi konmutagailuekin kontaktuan dagoela suposatzen da, A bobina erlojuaren norantzan 30° biratzen den egoera batean.
A bobinaren korronteak ezkerreko eskuilatik eskuineko eskuilara pasatzen jarraitzen du, eta bobinaren kanpoaldeak S poloa mantentzen du.
A bobinaren korronte bera pasatzen da B bobinetik, eta B bobinaren kanpoaldea N polo indartsuagoa bihurtzen da.
C bobinaren bi muturrak eskuilek zirkuitulaburra egiten dutenez, ez da korronterik pasatzen eta ez da eremu magnetikorik sortzen.
Kasu honetan ere, erlojuaren orratzen kontrako biraketa-indarra jasaten da.
③-tik ④-ra, goiko bobinak ezkerrerantz indarra jasotzen jarraitzen du, eta beheko bobinak eskuinera indarra jasotzen jarraitzen du eta erlojuaren norantzan biratzen jarraitzen du.
Bobina ③ eta ④ 30°-tik behin biratzen denean, bobina ardatz horizontal erdikoaren gainean kokatzen denean, bobinaren kanpoko aldea S polo bihurtzen da; bobina azpian kokatzen denean, N polo bihurtzen da, eta mugimendu hori errepikatzen da.
Beste era batera esanda, goiko bobina behin eta berriz ezkerrera behartzen da, eta beheko bobina behin eta berriz eskuinera (biak erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan).Horrek errotorea erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan biratzen mantentzen du denbora guztian.
Bobina ezkerreko (-) eta eskuineko (+) kontrako eskuiletara potentzia konektatzen baduzu, bobinetan kontrako eremu magnetikoak sortzen dira, beraz, bobinetan aplikatzen den indarra ere kontrako noranzkoan dago, erlojuaren orratzen noranzkoan biratuz.
Gainera, potentzia itzalita dagoenean, eskuilatutako motorraren errotoreak biratzeari uzten dio biraka mantentzeko eremu magnetikorik ez dagoelako.
Uhin osoko eskuilarik gabeko motor trifasikoa
Uhin osoko eskuilarik gabeko motor trifasikoaren itxura eta egitura
Beheko irudiak eskuilarik gabeko motor baten itxura eta egituraren adibide bat erakusten du.
Ezkerrean, disko optiko bat erreproduzitzeko gailu batean disko optiko bat biratzeko erabiltzen den ardatz motor baten adibidea dago.Guztira, trifasiko × 3 guztira 9 bobina.Eskuinean FDD gailu baterako ardatz motor baten adibidea dago, guztira 12 bobina dituena (trifasiko × 4).Bobina zirkuitu plakan finkatzen da eta burdinazko nukleoaren inguruan inguratzen da.
Bobinaren eskuinaldean dagoen disko-formako zatia iman iraunkorreko errotorea da.Periferia iman iraunkor bat da, errotorearen ardatza bobinaren erdiko zatian sartzen da eta bobinaren zatia estaltzen du, eta iman iraunkorrak bobinaren periferia inguratzen du.
Barne-egituraren diagrama eta bobinaren konexioaren zirkuitu baliokidea uhin osoko eskuilarik gabeko motor trifasikoaren
Jarraian, barne-egituraren eskema eta bobina konexioaren zirkuitu baliokidearen eskema-diagrama daude.
Barne-diagrama hau 2 polo (2 iman) 3 zirrikitu (3 bobina) motor oso sinple baten adibidea da.Polo eta zirrikitu kopuru berdina duen eskuiladun motor-egitura baten antzekoa da, baina bobinaren aldea finkoa da eta imanak biratu daitezke.Jakina, eskuilarik ez.
Kasu honetan, bobina Y konektatuta dago, elementu erdieroale bat erabiliz bobina korrontez hornitzeko, eta korrontearen sarrera eta irteera iman birakariaren posizioaren arabera kontrolatzen da.Adibide honetan, Hall elementu bat erabiltzen da imanaren posizioa detektatzeko.Hall elementua bobinen artean antolatzen da, eta sortutako tentsioa eremu magnetikoaren indarraren arabera detektatzen da eta posizioaren informazio gisa erabiltzen da.Lehen emandako FDD ardatzaren motorren irudian, bobinaren eta bobinaren artean posizioa hautemateko Hall elementu bat dagoela ere ikus daiteke (bobinaren gainean).
Hall elementuak sentsore magnetiko ezagunak dira.Eremu magnetikoaren magnitudea tentsioaren magnitudea bihur daiteke, eta eremu magnetikoaren norabidea positibo edo negatibo gisa adieraz daiteke.Jarraian Hall efektua erakusten duen diagrama eskematiko bat dago.
Aretoko elementuek fenomenoa aprobetxatzen dute “korronte batek IH erdieroale batetik igarotzen da eta B fluxu magnetiko bat korrontearekiko angelu zuzenetan pasatzen da, V tentsio bat.Hkorrontearekiko eta eremu magnetikoarekiko noranzko perpendikularrean sortzen da", Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) fisikari estatubatuarrak fenomeno hau aurkitu zuen eta "Hall efektua" deitu zion.Ondorioz, V tentsioaHformula honen bidez adierazten da.
VH= (KH/ d)・IH・B ※KH: Hall koefizientea, d: fluxu magnetikoaren sartze gainazalaren lodiera
Formulak erakusten duen moduan, zenbat eta korronte handiagoa izan, orduan eta tentsio handiagoa.Ezaugarri hau errotorearen (imana) posizioa detektatzeko erabiltzen da maiz.
Uhin osoko eskuilarik gabeko motor trifasikoaren biraketa printzipioa
Eskuilarik gabeko motorren biraketa-printzipioa ① eta ⑥ hurrengo urratsetan azalduko da.Erraz ulertzeko, iman iraunkorrak zirkuluetatik laukizuzenetara sinplifikatzen dira hemen.
①
Bobina trifasikoen artean, 1. bobina erlojuaren 12ko noranzkoan finkatuta dagoela suposatzen da, 2. bobina erlojuaren 4ko noranzkoan finkatuta dagoela eta 3. bobina erlojuaren 8ko norabidea.Izan bedi 2 poloko iman iraunkorraren N poloa ezkerrean eta S poloa eskuinean, eta biratu daiteke.
Io korronte bat 1 bobinara isurtzen da bobinatik kanpo S poloko eremu magnetikoa sortzeko.Io/2 korrontea 2. bobinatik eta 3. bobinatik isurtzen da bobinatik kanpo N poloko eremu magnetikoa sortzeko.
2. bobinaren eta 3. bobinaren eremu magnetikoak bektorializatuta daudenean, N poloko eremu magnetikoa sortzen da beherantz, hau da, Io korrontea bobina batetik igarotzean sortzen den eremu magnetikoaren tamaina 0,5 aldiz handiagoa da, eta gehitzean 1,5 aldiz handiagoa da. 1 bobinaren eremu magnetikora.Honek eremu magnetiko erresultante bat sortzen du iman iraunkorrarekiko 90°-ko angeluan, beraz, momentu maximoa sor daiteke, iman iraunkorrak erlojuaren orratzen noranzkoan biratzen du.
2 bobinaren korrontea murrizten denean eta 3. bobinaren korrontea biraketa-posizioaren arabera handitzen denean, ondoriozko eremu magnetikoak ere erlojuaren orratzen noranzkoan biratzen du eta iman iraunkorrak ere biratzen jarraitzen du.
②
30°-ko biratzen den egoeran, Io korrontea 1 bobinara isurtzen da, 2 bobinako korrontea nulu bihurtzen da eta Io korrontea bobina 3 irteten da.
1 bobinaren kanpoaldea S polo bihurtzen da, eta bobinaren kanpoaldea 3 N polo.Bektoreak konbinatzen direnean, sortzen den eremu magnetikoa √3 (≈1,72) aldiz korrontea Io bobina batetik igarotzean sortzen den eremu magnetikoa da.Honek ere eremu magnetiko erresultante bat sortzen du iman iraunkorren eremu magnetikoarekiko 90°-ko angeluan eta erlojuaren orratzen noranzkoan biratzen du.
1 bobinaren sarrera-korrontea 1 biraketa-posizioaren arabera murrizten denean, 2 bobinaren sarrera-korrontea zerotik handitzen da eta 3 bobinaren irteera-korrontea Io-ra igotzen da, ondoriozko eremu magnetikoa ere erlojuaren orratzen noranzkoan biratzen da, eta iman iraunkorrak ere biratzen jarraitzen du.
※Fase-korronte bakoitza uhin forma sinusoidala dela suposatuz, hemen korronte-balioa Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Eremu magnetikoaren sintesi bektorialaren bidez, eremu magnetikoaren tamaina osoa ( √) da. 3⁄2)2× 2=1,5 aldiz.Fase-korronte bakoitza uhin sinusoidal bat denean, iman iraunkorraren posizioa edozein dela ere, eremu magnetiko konposatu bektorialaren magnitudea bobina batek sortutako eremu magnetikoarena baino 1,5 aldiz handiagoa da, eta eremu magnetikoa 90°-ko angelu erlatiboan dago. iman iraunkorraren eremu magnetikora.
③
30°-ko biratzen jarraitzeko egoeran, Io/2 korrontea bobina 1 sartzen da, Io/2 korrontea bobina 2 eta Io korrontea bobina 3.
1 bobinaren kanpoaldea S polo bihurtzen da, 2 bobinaren kanpoaldea ere S polo bihurtzen da eta 3 bobinaren kanpoaldea N polo bihurtzen da.Bektoreak konbinatzen direnean, sortzen den eremu magnetikoa bobina batetik Io korronte bat igarotzean sortzen den eremu magnetikoa baino 1,5 aldiz handiagoa da (①-ren berdina).Hemen ere eremu magnetiko erresultante bat sortzen da 90°-ko angeluarekin iman iraunkorraren eremu magnetikoaren aldean eta erlojuaren orratzen noranzkoan biratzen da.
④～⑥
Biratu ①-tik ③-ren modu berean.
Modu honetan, bobinara doan korrontea etengabe aldatzen bada iman iraunkorraren posizioaren arabera sekuentzian, iman iraunkorra noranzko finko batean biratuko da.Era berean, korronte-fluxua alderantzikatzen baduzu eta ondoriozko eremu magnetikoa alderantzikatzen baduzu, erlojuaren norantzan biratuko da.
Beheko irudiak etengabe erakusten du bobina bakoitzaren korrontea goiko ①tik ⑥ urrats bakoitzean.Goiko sarreraren bidez, egungo aldaketaren eta errotazioaren arteko erlazioa ulertu beharko litzateke.
urratseko motorra
Stepper motor bat biraketa-angelua eta abiadura pultsu-seinale batekin sinkronizatuta zehaztasunez kontrola ditzakeen motorra da. Stepper motorra "pultsu motorra" ere deitzen zaio.Stepper-motorrek posizio-sentsorerik erabili gabe begizta irekiko kontrolaren bidez soilik kokapen zehatza lor dezaketenez, oso erabiliak dira kokatzea eskatzen duten ekipoetan.
urratseko motorren egitura (bifasiko bipolarra)
Ezkerretik eskuinera hurrengo irudiak urrats-motorren itxuraren adibide bat dira, barne-egituraren eskema-diagrama eta egitura-kontzeptuaren eskema-diagrama bat.
Itxura-adibidean, HB (Hibrido) eta PM (Iman Iraunkorreko) motako urrats-motorren itxura ematen da.Erdiko egitura-diagramak HB motako eta PM motako egitura ere erakusten du.
Urrats-motorra bobina finkatuta dagoen eta iman iraunkorra biratzen duen egitura bat da.Eskuineko pauso-motor baten barne-egituraren diagrama kontzeptuala bobina bifasikoa (bi multzo) erabiltzen duen PM motor baten adibidea da.Urrats-motorraren oinarrizko egituraren adibidean, bobinak kanpoaldean jartzen dira eta iman iraunkorrak barrualdean.Bobina bifasikoez gain, fase gehiago dituzten trifase eta bost fase motak daude.
Stepper motor batzuek beste egitura desberdinak dituzte, baina urratseko motorren oinarrizko egitura artikulu honetan ematen da bere funtzionamendu-printzipioa errazteko.Artikulu honen bidez, motor urratsak, funtsean, bobina finkoaren eta iman iraunkor birakaria hartzen duela ulertzea espero dut.
urratseko motorren oinarrizko funtzionamendu-printzipioa (kitzikapen monofasikoa)
Hurrengo irudia urratseko motor baten oinarrizko funtzionamendu-printzipioa aurkezteko erabiltzen da.Hau goiko bobina bipolarren fase bakoitzeko (bobina multzoa) kitzikapenaren adibide bat da.Diagrama honen premisa egoera ①-tik ④-ra aldatzen dela da.Bobina 1. eta 2. bobinaz osatuta dago, hurrenez hurren.Horrez gain, uneko geziek korrontearen fluxuaren norabidea adierazten dute.
①
- Korrontea 1 bobinaren ezkerretik sartzen da eta 1 bobinaren eskuinetik ateratzen da.
- Ez utzi korrontea 2 bobinatik igarotzen.
- Une honetan, ezkerreko bobinaren 1 barruko aldea N bihurtzen da eta eskuineko bobinaren 1 barruko aldea S.
- Hori dela eta, erdiko iman iraunkorra 1 bobinaren eremu magnetikoak erakartzen du, ezkerreko S eta eskuineko N egoera bihurtzen da eta gelditu egiten da.
②
- 1 bobinaren korrontea eten egiten da, eta korrontea 2 bobinaren goiko aldean sartzen da eta 2 bobinaren beheko aldean ateratzen da.
- Goiko bobinaren 2 barruko aldea N bihurtzen da, eta beheko bobinaren 2 barruko aldea S.
- Iman iraunkorra bere eremu magnetikoak erakartzen du eta erlojuaren orratzen norantz 90° biratuz gelditzen da.
③
- 2 bobinaren korrontea eten egiten da, eta korrontea 1 bobinaren eskuinetik sartzen da eta 1 bobinaren ezkerretik ateratzen da.
- Ezkerreko 1 bobinaren barne aldea S bihurtzen da, eta eskuineko bobinaren 1 barne aldea N.
- Iman iraunkorra bere eremu magnetikoak erakartzen du eta erlojuaren orratzen norantz beste 90° biratuz gelditzen da.
④
- 1 bobinaren korrontea eten egiten da, eta korrontea 2 bobinaren beheko aldean sartzen da eta 2 bobinaren goiko aldean ateratzen da.
- Goiko bobinaren 2 barruko aldea S bihurtzen da, eta beheko bobinaren 2 barruko aldea N.
- Iman iraunkorra bere eremu magnetikoak erakartzen du eta erlojuaren orratzen norantz beste 90° biratuz gelditzen da.
Argitalpenaren ordua: 2022-09-07