Hast de helte fan it enerzjyferbrûk yn 'e wrâld wurdt konsumearre troch motors. Dêrom wurdt sein dat it ferbetterjen fan de effisjinsje fan motoren de meast effektive maatregel is om de enerzjyproblemen fan 'e wrâld op te lossen.
Motor type
Yn it algemien ferwiist it nei it konvertearjen fan de krêft generearre troch de hjoeddeistige stream yn it magnetyske fjild yn in rotearjende beweging, en it omfettet ek lineêre beweging yn in breed berik.
Neffens it type stroomfoarsjenning oandreaun troch de motor, kin it wurde ferdield yn DC-motor en AC-motor.Neffens it prinsipe fan motorrotaasje kin it rûchwei ferdield wurde yn 'e folgjende soarten.(útsein spesjale motors)
Oer streamingen, magnetyske fjilden en krêften
Lit ús earst, foar it gemak fan lettere útlis oer motorprinsipes, de basiswetten/wetten oer streamingen, magnetyske fjilden en krêften besjen.Hoewol d'r in gefoel fan nostalgy is, is it maklik om dizze kennis te ferjitten as jo magnetyske komponinten net faak brûke.
Wy kombinearje ôfbyldings en formules om te yllustrearjen.
As it leadframe rjochthoekich is, wurdt rekken holden mei de krêft dy't op 'e stroom wurket.
De krêft F dy't op 'e kanten a en c wurket is
Genereart koppel om 'e sintrale as.
Bygelyks, by it beskôgjen fan 'e steat wêr't de rotaasjewinkel allinich isθ, de krêft dy't rjochte op b en d wurket is sûndeθ, sadat it koppel Ta fan diel a wurdt útdrukt troch de folgjende formule:
Sjoen diel c op deselde wize, wurdt it koppel ferdûbele en jout in koppel berekkene troch:
Sûnt it gebiet fan 'e rjochthoek is S = h · l, it ferfangen fan it yn de boppesteande formule jout de folgjende resultaten:
Dizze formule wurket net allinich foar rjochthoeken, mar ek foar oare mienskiplike foarmen lykas sirkels.Motors brûke dit prinsipe.
Hoe draait de motor?
1) De motor draait mei help fan magneet, magnetyske krêft
Om in permaninte magneet mei in rotearjende as,① draait de magneet(om in rotearjend magnetysk fjild te generearjen),② neffens it prinsipe fan N- en S-poalen dy't tsjinoerstelde poalen oanlûke en op itselde nivo ôfstjitte,③ de magneet mei draaiende skacht sil draaie.
Dit is it basisprinsipe fan motorrotaasje.
In rotearjend magnetysk fjild (magnetyske krêft) wurdt generearre om 'e tried doe't in strom streamt troch de tried, en de magneet draait, dat is eins deselde operaasje steat.
Dêrneist, as de tried wurdt wûn yn in coil foarm, de magnetyske krêft wurdt kombinearre, in grutte magnetyske fjild flux (magnetyske flux) wurdt foarme, en de N poal en de S pole wurde generearre.
Dêrneist, troch it ynstekken fan in izeren kearn yn 'e coiled tried, wurdt it makliker foar de magnetyske krêft om troch te gean, en kin in sterker magnetyske krêft opwekke wurde.
2) Eigentlike draaiende motor
Hjir, as in praktyske metoade foar rotearjende elektryske masines, wurdt in metoade foar it produsearjen fan in rotearjend magnetysk fjild mei trije-fase wikselstroom en spoelen yntrodusearre.
(Trijefase AC is in AC-sinjaal mei in faze-ynterval fan 120 °)
- It syntetyske magnetyske fjild yn 'e boppesteande ① steat komt oerien mei de folgjende figuer ①.
- It syntetyske magnetyske fjild yn 'e steat ② hjirboppe komt oerien mei ② yn 'e ûndersteande figuer.
- It syntetyske magnetyske fjild yn 'e boppesteande steat ③ komt oerien mei de folgjende figuer ③.
Lykas hjirboppe beskreaun, is de spoel wûn om 'e kearn ferdield yn trije fazen, en de U-fase-spoel, V-fase-spoel en W-fase-spoel wurde regele yn yntervallen fan 120 °. De coil mei hege spanning genereart N pole, en de coil mei lege spanning genereart S pole.
Sûnt elke faze feroaret as in sinuswelle, feroaret de polariteit (N-poal, S-poal) generearre troch elke spoel en har magnetysk fjild (magnetyske krêft).
Sjoch op dit stuit gewoan nei de spoel dy't de N-poal produsearret, en feroarje yn folchoarder neffens de U-fase-spoel → V-fase-spoel → W-fase-spoel → U-fase-spoel, en draait dêrmei.
Struktuer fan in lytse motor
De figuer hjirûnder toant de algemiene struktuer en fergeliking fan de trije motors: stepper motor, boarstele direkte stroom (DC) motor, en borstelleaze direkte stroom (DC) motor.De basiskomponinten fan dizze motors binne benammen spoelen, magneten en rotors. Derneist binne se fanwege ferskate soarten ferdield yn spoel fêste type en magneet fêste type.
It folgjende is in beskriuwing fan 'e struktuer ferbûn mei it foarbylddiagram.Om't d'r oare struktueren kinne wêze op in mear korrelige basis, begryp asjebleaft dat de struktuer beskreaun yn dit artikel binnen in grut ramt is.
Hjir is de spoel fan 'e steppermotor fêst oan' e bûtenkant, en de magneet draait oan 'e binnenkant.
Hjir binne de magneten fan 'e boarstele DC-motor oan' e bûtenkant fêstmakke, en de spoelen wurde oan 'e binnenkant rotearre.De borstels en kommutator binne ferantwurdlik foar it leverjen fan macht oan 'e spoel en it feroarjen fan' e rjochting fan 'e stroom.
Hjir is de spoel fan 'e borstelleaze motor fêst oan' e bûtenkant, en de magneet draait oan 'e binnenkant.
Troch de ferskillende soarten motoren, sels as de basiskomponinten itselde binne, is de struktuer oars.De spesifikaasjes sille wurde útlein yn detail yn elke paragraaf.
boarstele motor
Struktuer fan boarstele motor
Hjirûnder is wat in boarstele DC motor faak brûkt yn modellen liket, likegoed as in eksplodearre skema fan in mienskiplike twa-pole (2 magnets) trije-slot (3 coils) type motor.Miskien hawwe in protte minsken de ûnderfining om de motor te demontearjen en de magneet út te nimmen.
It kin sjoen wurde dat de permaninte magneten fan 'e boarstele DC-motor fêst binne, en de spoelen fan' e boarstele DC-motor kinne om it binnensintrum draaie.De stasjonêre kant wurdt "stator" neamd en de rotearjende kant wurdt "rotor" neamd.
It folgjende is in skematysk diagram fan 'e struktuer dy't it struktuerkonsept fertsjintwurdiget.
D'r binne trije commutators (bûgde metalen platen foar aktuele skeakeljen) oan 'e perifery fan' e rotearjende sintrale as.Om kontakt mei elkoar foar te kommen, wurde de kommutators op in ynterval fan 120° (360°÷3 stikken) regele.De kommutator draait as de skacht draait.
Ien commutator is ferbûn mei ien coil ein en de oare coil ein, en trije commutators en trije coils foarmje in gehiel (ring) as circuit netwurk.
Twa borstels wurde fêstmakke op 0 ° en 180 ° foar kontakt mei de commutator.De eksterne DC Netzteil is ferbûn mei de boarstel, en de hjoeddeiske streamt neffens it paad fan 'e boarstel → commutator → coil → boarstel.
Rotaasjeprinsipe fan boarstele motor
① Rotearje tsjin de klok yn fan 'e begjinstân
Coil A is boppe, ferbine de stroomfoarsjenning oan 'e boarstel, lit de lofter wêze (+) en de rjochter wêze (-).In grutte stroom streamt fan 'e linker boarstel nei coil A troch de kommutator.Dit is de struktuer wêryn it boppeste diel (bûtenkant) fan 'e spoel A de S-poal wurdt.
Om't 1/2 fan 'e stroom fan spoel A streamt fan 'e lofterborstel nei spoel B en spoel C yn 'e tsjinoerstelde rjochting fan spoel A, wurde de bûtenkanten fan spoel B en spoel C swakke N-poalen (oanjûn mei wat lytsere letters yn' e figuer).
De magnetyske fjilden makke yn dizze spoelen en de ôfstotende en oantreklike effekten fan 'e magneten ûnderwurpen de spoelen oan in tsjin de klok yn draaiende krêft.
② Draai fierder tsjin de klok yn
Dêrnei wurdt oannommen dat de rjochter boarstel is yn kontakt mei de twa commutators yn in steat dêr't de coil A wurdt rotearre tsjin de klok yn troch 30 °.
De stroom fan coil A bliuwt te streamen fan 'e lofterborstel nei de rjochterborstel, en de bûtenkant fan' e coil hâldt de S-poal.
Deselde stroom as Coil A streamt troch Coil B, en de bûtenkant fan Coil B wurdt de sterkere N poal.
Sûnt beide úteinen fan de coil C wurde koartsluten troch de borstels, gjin stroom streamt en gjin magnetysk fjild wurdt oanmakke.
Sels yn dit gefal wurdt in rotaasjekrêft tsjin de klok yn belibbe.
Fan ③ oant ④, de boppeste spoel bliuwt in krêft nei lofts te ûntfangen, en de ûnderste spoel bliuwt in krêft nei rjochts te ûntfangen, en bliuwt tsjin de klok yn draaie
As de spoel wurdt draaid nei ③ en ④ elke 30 °, as de spoel is pleatst boppe de sintrale horizontale as, wurdt de bûtenkant fan 'e spoel de S-poal; doe't de coil wurdt gepositioneerd ûnder, it wurdt de N pole, en dizze beweging wurdt werhelle.
Mei oare wurden, de boppeste coil wurdt kearen twongen nei lofts, en de legere coil wurdt kearen twongen nei rjochts (beide yn in tsjin de klok yn rjochting).Dit hâldt de rotor hieltyd tsjin de klok yn te draaien.
As jo ferbine macht oan it tsjinoerstelde lofts (-) en rjochts (+) borstels, tsjinoerstelde magnetyske fjilden wurde makke yn 'e coils, sadat de krêft tapast op' e Coils is ek yn 'e tsjinoerstelde rjochting, turning klok mei.
Derneist, as de krêft útskeakele is, stopet de rotor fan 'e boarstele motor mei draaien, om't d'r gjin magnetysk fjild is om it draaiend te hâlden.
Trije-fase full-wave boarstelleaze motor
Uterlik en struktuer fan trije-fase full-wave brushless motor
De figuer hjirûnder lit in foarbyld sjen fan it uterlik en de struktuer fan in boarsteleaze motor.
Oan de linkerkant is in foarbyld fan in spindle motor brûkt om spin in optyske skiif yn in optyske skiif playback apparaat.In totaal fan trije-fase × 3 totaal fan 9 coils.Oan de rjochterkant is in foarbyld fan in spindle motor foar in FDD apparaat, mei in totaal fan 12 coils (trije-fase × 4).De spoel wurdt fêstmakke op it circuit board en wûn om 'e izeren kearn.
It skiiffoarmige diel oan 'e rjochterkant fan' e spoel is de permaninte magneetrotor.De perifery is in permaninte magneet, de skacht fan 'e rotor wurdt ynfoege yn it sintrale diel fan' e spoel en beslacht it spoeldiel, en de permaninte magneet omfettet de perifery fan 'e spoel.
Ynterne struktuer diagram en coil ferbining lykweardich circuit fan trije-fase full-wave brushless motor
Folgjende is in skematyske diagram fan de ynterne struktuer en in skematyske diagram fan it lykweardich circuit fan de coil ferbining.
Dit ynterne diagram is in foarbyld fan in hiel simpel 2-pole (2 magnets) 3-slot (3 coils) motor.It is gelyk oan in boarstele motor struktuer mei itselde oantal peallen en slots , mar de coil kant is fêst en de magneten kinne draaie.Fansels, gjin borstels.
Yn dit gefal, de coil is Y-ferbûn, mei help fan in semiconductor elemint te foarsjen de coil mei aktuele, en de ynstream en útstream fan stroom wurdt regele neffens de posysje fan de draaiende magneet.Yn dit foarbyld wurdt in Hall-elemint brûkt om de posysje fan 'e magneet te detektearjen.De Hall elemint wurdt regele tusken de Coils, en de oanmakke spanning wurdt ûntdutsen basearre op de sterkte fan it magnetysk fjild en brûkt as posysje ynformaasje.Yn de ôfbylding fan de FDD spindle motor jûn earder, It kin ek sjoen wurde dat der in Hall elemint (boppe de coil) foar posysje detection tusken de coil en de coil.
Hall-eleminten binne bekende magnetyske sensors.De grutte fan it magnetyske fjild kin wurde omsetten yn 'e grutte fan' e spanning, en de rjochting fan it magnetysk fjild kin wurde útdrukt as posityf of negatyf.Hjirûnder is in skematysk diagram dat it Hall-effekt toant.
Hall-eleminten profitearje fan it ferskynsel dat "as in aktuele IH streamt troch in healgeleider en in magnetyske flux B giet rjochthoekich troch op de stroom, in spanning VHwurdt generearre yn 'e rjochting loodrecht op' e stroom en it magnetyske fjild", Amerikaanske natuerkundige Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) ûntduts dit ferskynsel en neamde it it "Hall-effekt".De resultearjende spanning VHwurdt fertsjintwurdige troch de folgjende formule.
VH= (KH/d)・IH・B ※KH: Hall koëffisjint, d: dikte fan magnetyske flux penetraasje oerflak
As de formule lit sjen, hoe heger de stroom, hoe heger de spanning.Dizze funksje wurdt faak brûkt om de posysje fan 'e rotor (magneet) te detektearjen.
Rotaasjeprinsipe fan trije-fase full-wave brushless motor
It rotaasjeprinsipe fan 'e borstelleaze motor sil wurde útlein yn' e folgjende stappen ① oant ⑥.Foar maklik begryp wurde de permaninte magneten hjir ferienfâldige fan sirkels nei rjochthoeken.
①
Under de trije-fase spoelen wurdt oannommen dat spoel 1 fêst is yn 'e rjochting fan 12 oere fan 'e klok, spoel 2 is fêstmakke yn' e rjochting fan 4 oere fan 'e klok, en spoel 3 is fêstmakke yn 'e klok. rjochting fan 8 oere fan 'e klok.Lit de N-poal fan 'e 2-poal permaninte magneet oan' e lofterkant wêze en de S-poal oan 'e rjochterkant, en it kin wurde draaid.
In stroom Io wurdt streamd yn de coil 1 te generearjen in S-poal magnetysk fjild bûten de coil.Io / 2-stream wurdt makke om te streamen fan Coil 2 en Coil 3 om in N-poal magnetysk fjild bûten de coil te generearjen.
As de magnetyske fjilden fan coil 2 en coil 3 wurde vectorized, in N-poal magnetysk fjild wurdt generearre nei ûnderen, dat is 0,5 kear de grutte fan it magnetysk fjild opwekt as de hjoeddeiske Io giet troch ien coil, en is 1,5 kear grutter as tafoege. nei it magnetysk fjild fan spoel 1.Dit soarget foar in resultearjend magnetysk fjild yn in hoeke fan 90 ° nei de permaninte magneet, sadat maksimale koppel kin wurde generearre, de permaninte magneet draait mei de klok mei.
As de stroom fan coil 2 wurdt fermindere en de stroom fan coil 3 wurdt ferhege neffens de rotaasjeposysje, draait it resultearjende magnetyske fjild ek mei de klok yn en bliuwt de permaninte magneet ek draaie.
②
Yn 'e steat rotearre troch 30 °, streamt de hjoeddeistige Io yn' e coil 1, de stroom yn 'e coil 2 wurdt nul makke, en de hjoeddeistige Io streamt út 'e coil 3.
De bûtenkant fan 'e spoel 1 wurdt de S-poal, en de bûtenkant fan' e spoel 3 wurdt de N-poal.As de fektors wurde kombineare, is it resultearjende magnetyske fjild √3 (≈1,72) kear it magnetysk fjild dat produsearre wurdt as de stroom Io troch in spoel giet.Dit produsearret ek in resultearend magnetysk fjild yn in hoeke fan 90 ° nei it magnetyske fjild fan 'e permaninte magneet en draait mei de klok mei.
As de ynstreamstroom Io fan 'e spoel 1 wurdt fermindere neffens de rotaasjeposysje, wurdt de ynstreamstroom fan' e spoel 2 ferhege fan nul, en de útstreamstroom fan 'e spoel 3 wurdt ferhege nei Io, draait it resulterende magnetyske fjild ek mei de klok mei, en de permaninte magneet bliuwt ek draaie.
※ Oannommen dat elke fazestream in sinusoïdale golffoarm is, is de hjoeddeistige wearde hjir Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Troch de fektorsynteze fan it magnetyske fjild wurdt de totale magnetyske fjildgrutte krigen as (√ 3⁄2)2× 2=1,5 kear.As elke fazestream in sinusgolf is, nettsjinsteande de posysje fan 'e permaninte magneet, is de grutte fan it fektor gearstalde magnetysk fjild 1,5 kear dat fan it magnetysk fjild dat wurdt generearre troch in spoel, en it magnetyske fjild is yn in hoeke fan 90 ° relatyf oan it magnetysk fjild fan 'e permaninte magneet.
③
Yn 'e steat fan trochgean te draaien troch 30 °, streamt de aktuele Io / 2 yn 'e spoel 1, de aktuele Io / 2 streamt yn 'e spoel 2, en de hjoeddeistige Io streamt út 'e spoel 3 .
De bûtenkant fan 'e spoel 1 wurdt de S-poal, de bûtenkant fan' e spoel 2 wurdt ek de S-poal, en de bûtenkant fan 'e spoel 3 wurdt de N-poal.As de fektors wurde kombineare, is it resultearjende magnetyske fjild 1,5 kear it magnetysk fjild dat produsearre wurdt as in stroom Io troch in spoel streamt (itselde as ①).Ek hjir wurdt in resultearjend magnetysk fjild opwekt yn in hoeke fan 90° mei respekt foar it magnetysk fjild fan 'e permaninte magneet en draait it mei de klok mei.
④～⑥
Draai op deselde wize as ① nei ③.
Op dizze manier, as de stroom dy't yn 'e spoel streamt, kontinu yn folchoarder skeakele wurdt neffens de posysje fan' e permaninte magneet, sil de permaninte magneet yn in fêste rjochting draaie.Likemin, as jo de hjoeddeistige stream omkeare en it resultearjende magnetyske fjild omkeare, sil it tsjin de klok yn draaie.
De figuer hjirûnder toant kontinu de stroom fan elke spoel yn elke stap ① oant ⑥ hjirboppe.Troch de boppesteande ynlieding soe it mooglik wêze moatte om de relaasje tusken aktuele feroaring en rotaasje te begripen.
stepper motor
In steppermotor is in motor dy't de rotaasjewinkel en snelheid sekuer kontrolearje kin yn syngronisaasje mei in pulssinjaal. De steppermotor wurdt ek wol in "pulsmotor" neamd.Om't steppermotoren krekte posisjonearring allinich kinne berikke fia iepen-loopkontrôle sûnder it brûken fan posysjesensors, wurde se in protte brûkt yn apparatuer dy't posisjonearring fereasket.
Struktuer fan stappenmotor (twa-fase bipolêr)
De folgjende sifers fan links nei rjochts binne in foarbyld fan it uterlik fan 'e stappenmotor, in skematysk diagram fan' e ynterne struktuer, en in skematysk diagram fan 'e struktuerkonsept.
Yn it uterlik foarbyld wurdt it uterlik fan HB (Hybrid) type en PM (Permanent Magnet) type stapmotor jûn.It struktuerdiagram yn 'e midden toant ek de struktuer fan HB-type en PM-type.
In stappenmotor is in struktuer wêryn de spoel is fêstmakke en de permaninte magneet draait.It konseptuele diagram fan 'e ynterne struktuer fan in steppermotor oan' e rjochterkant is in foarbyld fan in PM-motor mei twa-fase (twa sets) fan coils.Yn it foarbyld fan 'e basisstruktuer fan' e stappenmotor binne de spoelen oan 'e bûtenkant regele en de permaninte magneten binne oan' e binnenkant regele.Neist twa-faze coils binne d'r trije-fase en fiif-fase typen mei mear fazen.
Guon steppermotoren hawwe oare ferskillende struktueren, mar de basisstruktuer fan 'e steppermotor wurdt yn dit artikel jûn om de ynfiering fan har wurkprinsipe te fasilitearjen.Troch dit artikel hoopje ik te begripen dat de stappenmotor yn prinsipe de struktuer fan fêste spoel en rotearjende permaninte magneet oannimt.
Basis wurkprinsipe fan stepper motor (ienfaze excitation)
De folgjende figuer wurdt brûkt om de basis wurkprinsipe fan in steppermotor yn te fieren.Dit is in foarbyld fan excitation foar elke faze (set fan coils) fan de twa-fase bipolêre coil boppe.It útgongspunt fan dit diagram is dat de steat feroaret fan ① nei ④.De coil bestiet út Coil 1 en Coil 2, respektivelik.Derneist jouwe de hjoeddeistige pylken de hjoeddeistige streamrjochting oan.
①
- De stroom streamt yn fan de linker kant fan de coil 1 en streamt út de rjochterkant fan de coil 1.
- Lit gjin stroom troch spoel 2 streame.
- Op dit stuit wurdt de binnenkant fan 'e linker spoel 1 N, en de binnenkant fan 'e rjochter spoel 1 wurdt S.
- Dêrom, de permaninte magneet yn 'e midden wurdt oanlutsen troch it magnetysk fjild fan' e coil 1, wurdt de steat fan 'e linker S en de rjochter N, en stoppet.
②
- De stroom fan de coil 1 wurdt stoppe, en de hjoeddeiske streamt yn fan 'e boppekant fan' e coil 2 en streamt út 'e legere kant fan' e coil 2.
- De binnenkant fan 'e boppeste spoel 2 wurdt N, en de binnenkant fan' e legere spoel 2 wurdt S.
- De permaninte magneet wurdt oanlutsen troch syn magnetysk fjild en stopet troch 90° mei de klok yn te draaien.
③
- De stroom fan coil 2 wurdt stoppe, en de hjoeddeiske streamt yn fan de rjochterkant fan coil 1 en streamt út de linker kant fan coil 1.
- De binnenkant fan de linker spoel 1 wurdt S, en de binnenkant fan de rjochter spoel 1 wurdt N.
- De permaninte magneet wurdt oanlutsen troch syn magnetysk fjild en stopet troch in oare 90° mei de klok yn te draaien.
④
- De stroom fan de coil 1 wurdt stoppe, en de hjoeddeiske streamt yn fan 'e ûnderkant fan' e coil 2 en streamt út 'e boppekant fan' e coil 2.
- De binnenkant fan 'e boppeste spoel 2 wurdt S, en de binnenkant fan' e ûnderste spoel 2 wurdt N.
- De permaninte magneet wurdt oanlutsen troch syn magnetysk fjild en stopet troch in oare 90° mei de klok yn te draaien.
Post tiid: Jul-09-2022