2) Faktiškai besisukantis variklis

Čia, kaip praktinis elektros mašinų sukimo būdas, pristatomas besisukančio magnetinio lauko gavimo būdas naudojant trifazę kintamąją srovę ir rites.
(Trijų fazių kintamoji srovė yra kintamosios srovės signalas, kurio fazių intervalas yra 120°)

• Sintetinis magnetinis laukas aukščiau nurodytoje ① būsenoje atitinka toliau pateiktą paveikslą ①.
• Sintetinis magnetinis laukas aukščiau esančioje būsenoje ② atitinka ② žemiau esančiame paveikslėlyje.
• Sintetinis magnetinis laukas aukščiau nurodytoje būsenoje ③ atitinka toliau pateiktą paveikslą ③.

Kaip aprašyta aukščiau, aplink šerdį suvyniota ritė yra padalinta į tris fazes, o U fazės ritė, V fazės ritė ir W fazės ritė yra išdėstytos 120° intervalais. Ritė su aukšta įtampa generuoja N polių, o ritė su žema įtampa generuoja S polių.
Kadangi kiekviena fazė kinta kaip sinusinė banga, kinta kiekvienos ritės generuojamas poliškumas (N polius, S polius) ir jos magnetinis laukas (magnetinė jėga).
Šiuo metu tiesiog pažiūrėkite į ritę, kuri sukuria N polių, ir keiskite seką pagal U fazės ritę → V fazės ritę → W fazės ritę → U fazės ritę, taip sukant.

Mažo variklio konstrukcija

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta bendra trijų variklių struktūra ir palyginimas: žingsninis variklis, nuolatinės srovės variklis su šepečiu ir nuolatinės srovės variklis be šepetėlių.Pagrindiniai šių variklių komponentai daugiausia yra ritės, magnetai ir rotoriai. Be to, dėl skirtingų tipų jie skirstomi į fiksuotą ritės tipą ir fiksuotą magnetinį tipą.

Toliau pateikiamas su pavyzdine diagrama susietos struktūros aprašymas.Kadangi gali būti ir kitų detalesnių struktūrų, supraskite, kad šiame straipsnyje aprašyta struktūra yra didelė.

Čia žingsninio variklio ritė yra pritvirtinta išorėje, o magnetas sukasi viduje.

Čia išorėje tvirtinami šepečiu apdirbto nuolatinės srovės variklio magnetai, o viduje sukasi ritės.Šepečiai ir komutatorius yra atsakingi už maitinimo tiekimą į ritę ir srovės krypties keitimą.

Čia bešepetėlio variklio ritė yra pritvirtinta išorėje, o magnetas sukasi viduje.

Dėl skirtingų variklių tipų, net jei pagrindiniai komponentai yra vienodi, struktūra skiriasi.Specifika bus išsamiai paaiškinta kiekviename skyriuje.

šlifuotas variklis

Šlifuoto variklio konstrukcija

Žemiau yra kaip atrodo modeliuose dažnai naudojamas šlifuotas nuolatinės srovės variklis, taip pat išskleista bendro dviejų polių (2 magnetai) trijų lizdų (3 ritės) variklio schema.Galbūt daugelis žmonių turi patirties išardyti variklį ir išimti magnetą.

Galima pastebėti, kad nuolatinės srovės variklio nuolatiniai magnetai yra fiksuoti, o šepetėlio nuolatinės srovės variklio ritės gali suktis aplink vidinį centrą.Stacionarioji pusė vadinama „statoriumi“, o besisukanti – „rotoriumi“.

Toliau pateikiama struktūros koncepciją atspindinčios struktūros schema.

Besisukančios centrinės ašies periferijoje yra trys komutatoriai (išlenkti metaliniai lakštai srovės perjungimui).Kad būtų išvengta sąlyčio vienas su kitu, komutatoriai yra išdėstyti 120° (360°÷3 vnt.) intervalu.Komutatorius sukasi sukantis velenui.

Vienas komutatorius yra sujungtas su vienu ritės galu ir kitu ritės galu, o trys komutatoriai ir trys ritės sudaro visumą (žiedą) kaip grandinės tinklą.

Du šepečiai yra pritvirtinti 0° ir 180° kampu, kad kontaktuotų su komutatoriumi.Išorinis nuolatinės srovės maitinimo šaltinis yra prijungtas prie šepečio, o srovė teka pagal šepečio → komutatoriaus → ritės → šepečio kelią.

Šlifuoto variklio sukimosi principas

① Sukite prieš laikrodžio rodyklę nuo pradinės būsenos

Ritė A yra viršuje, prijunkite maitinimo šaltinį prie šepetėlio, tegul kairysis yra (+), o dešinysis (-).Didelė srovė teka iš kairiojo šepečio į ritę A per komutatorių.Tai struktūra, kurioje ritės A viršutinė dalis (išorinė pusė) tampa S poliu.

Kadangi 1/2 ritės A srovės teka iš kairiojo šepečio į ritę B ir ritę C priešinga kryptimi nei ritė A, išorinės ritės B ir ritės C pusės tampa silpnais N poliais (žymima šiek tiek mažesnėmis raidėmis figūra).

Šiose ritėse sukuriami magnetiniai laukai ir atstumiantis bei patrauklus magnetų poveikis paveikia rites prieš laikrodžio rodyklę besisukančią jėgą.

② Toliau pasukite prieš laikrodžio rodyklę

Toliau daroma prielaida, kad dešinysis šepetys liečiasi su dviem komutatoriais, kai ritė A yra pasukta prieš laikrodžio rodyklę 30°.

Ritės A srovė toliau teka iš kairiojo šepečio į dešinįjį šepetį, o ritės išorė palaiko S polių.

Per ritę B teka ta pati srovė, kaip ir ritė A, o ritės B išorė tampa stipresniu N poliu.

Kadangi abu ritės C galai yra trumpai sujungti šepečiais, srovė neteka ir magnetinis laukas nesusidaro.

Net ir šiuo atveju patiriama sukimosi prieš laikrodžio rodyklę jėga.

Nuo ③ iki ④ viršutinė ritė ir toliau gauna jėgą į kairę, o apatinė ritė toliau gauna jėgą į dešinę ir toliau sukasi prieš laikrodžio rodyklę.

Kai ritė pasukama į ③ ir ④ kas 30°, kai ritė yra virš centrinės horizontalios ašies, išorinė ritės pusė tampa S poliu; kai ritė yra žemiau, ji tampa N poliu ir šis judėjimas kartojamas.

Kitaip tariant, viršutinė ritė pakartotinai verčiama į kairę, o apatinė - į dešinę (abi prieš laikrodžio rodyklę).Dėl to rotorius visą laiką sukasi prieš laikrodžio rodyklę.

Jei maitinimą prijungiate prie priešingų kairiųjų (-) ir dešiniųjų (+) šepečių, ritėse susidaro priešingi magnetiniai laukai, todėl ritėms veikiama jėga taip pat yra priešinga kryptimi, sukasi pagal laikrodžio rodyklę.

Be to, išjungus maitinimą, šepečiu apdoroto variklio rotorius nustoja suktis, nes nėra magnetinio lauko, kuris jį suktų.

Trifazis pilnos bangos variklis be šepetėlių

Trifazio pilnos bangos bešepetėlio variklio išvaizda ir struktūra

Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas bešepetėlio variklio išvaizdos ir struktūros pavyzdys.

Kairėje yra suklio variklio, naudojamo optiniam diskui sukti optinio disko atkūrimo įrenginyje, pavyzdys.Iš viso trifaziai × 3 iš viso 9 ritės.Dešinėje yra FDD įrenginio veleno variklio pavyzdys su iš viso 12 ritių (trifazis × 4).Ritė pritvirtinama prie plokštės ir apvyniojama aplink geležies šerdį.

Disko formos dalis, esanti dešinėje nuo ritės, yra nuolatinio magneto rotorius.Periferija yra nuolatinis magnetas, rotoriaus velenas įkištas į centrinę ritės dalį ir dengia ritės dalį, o nuolatinis magnetas supa ritės periferiją.

Trifazio pilnos bangos bešepetėlio variklio vidinė struktūros schema ir ritės prijungimo lygiavertė grandinė

Toliau pateikiama vidinės struktūros schema ir ritės jungties ekvivalentinės grandinės schema.

Ši vidinė schema yra labai paprasto 2 polių (2 magnetai) 3 lizdų (3 ritės) variklio pavyzdys.Jis panašus į šepetėtą variklio konstrukciją su tuo pačiu polių ir lizdų skaičiumi, tačiau ritės pusė yra fiksuota ir magnetai gali suktis.Žinoma, be šepetėlių.

Šiuo atveju ritė yra jungiama Y, naudojant puslaidininkinį elementą, kuriuo ritė tiekiama srove, o srovės įtekėjimas ir ištekėjimas valdomas pagal besisukančio magneto padėtį.Šiame pavyzdyje magneto padėčiai nustatyti naudojamas Hall elementas.Hall elementas yra išdėstytas tarp ritių, o sukurta įtampa aptinkama pagal magnetinio lauko stiprumą ir naudojama kaip padėties informacija.Anksčiau pateiktame FDD veleno variklio paveikslėlyje taip pat galima matyti, kad yra Hall elementas (virš ritės), skirtas padėties tarp ritės ir ritės aptikimui.

Salės elementai yra gerai žinomi magnetiniai jutikliai.Magnetinio lauko dydis gali būti konvertuojamas į įtampos dydį, o magnetinio lauko kryptis gali būti išreikšta teigiama arba neigiama.Žemiau yra schema, rodanti Hall efektą.

Salės elementai pasinaudoja reiškiniu, kad „kai srovė I_{H teka per puslaidininkį, o magnetinis srautas B teka stačiu kampu srovei, įtampa VH}susidaro statmena srovei ir magnetiniam laukui“, amerikiečių fizikas Edvinas Herbertas Holas (Edwin Herbert Hall) atrado šį reiškinį ir pavadino jį „Hall efektu“.Gauta įtampa V_Hyra pavaizduotas tokia formule.

V_H= (K_H/ d)・Aš_H・B※K_H: Holo koeficientas, d: magnetinio srauto prasiskverbimo paviršiaus storis

Kaip rodo formulė, kuo didesnė srovė, tuo didesnė įtampa.Ši funkcija dažnai naudojama rotoriaus (magneto) padėčiai nustatyti.

Trifazio pilnos bangos bešepetėlio variklio sukimosi principas

Bešepetėlio variklio sukimosi principas bus paaiškintas toliau nurodytuose žingsniuose nuo ① iki ⑥.Kad būtų lengviau suprasti, nuolatiniai magnetai čia supaprastinti nuo apskritimų iki stačiakampių.

①

Tarp trifazių ritių daroma prielaida, kad ritė 1 yra fiksuota laikrodžio 12 valandos kryptimi, 2 ritė yra fiksuota 4 valandos kryptimi, o ritė 3 yra pritvirtinta laikrodžio rodyklėje. 8 valandos kryptimi.Tegul 2 polių nuolatinio magneto N polius yra kairėje, o S polius dešinėje, ir jį galima pasukti.

Srovė Io tekama į ritę 1, kad būtų sukurtas S poliaus magnetinis laukas už ritės ribų.Io/2 srovė tekėtų iš 2 ritės ir 3 ritės, kad būtų sukurtas N polių magnetinis laukas už ritės ribų.

Kai 2 ir 3 ritės magnetiniai laukai yra vektorizuoti, žemyn sukuriamas N polių magnetinis laukas, kuris yra 0,5 karto didesnis už magnetinį lauką, susidarantį, kai srovė Io teka per vieną ritę, ir yra 1,5 karto didesnis, kai pridedama. į ritės 1 magnetinį lauką.Taip sukuriamas magnetinis laukas 90° kampu nuolatinio magneto atžvilgiu, todėl galima sukurti maksimalų sukimo momentą, nuolatinis magnetas sukasi pagal laikrodžio rodyklę.

Sumažinus 2 ritės srovę ir padidinus 3 ritės srovę pagal sukimosi padėtį, susidaręs magnetinis laukas taip pat sukasi pagal laikrodžio rodyklę, o nuolatinis magnetas taip pat toliau sukasi.

②

30° pasuktoje būsenoje srovė Io teka į ritę 1, srovė ritėje 2 prilyginama nuliui, o srovė Io išteka iš ritės 3.

Ritės 1 išorė tampa S poliu, o ritės 3 išorė tampa N poliumi.Sujungus vektorius, gaunamas magnetinis laukas yra √3 (≈1,72) karto didesnis už magnetinį lauką, susidarantį, kai srovė Io teka per ritę.Tai taip pat sukuria magnetinį lauką 90° kampu nuolatinio magneto magnetinio lauko atžvilgiu ir sukasi pagal laikrodžio rodyklę.

Sumažinus ritės 1 įtekėjimo srovę Io pagal sukimosi padėtį, ritės 2 įtekėjimo srovę padidinus nuo nulio, o ritės 3 ištekėjimo srovę padidinus iki Io, susidaręs magnetinis laukas taip pat sukasi pagal laikrodžio rodyklę, ir nuolatinis magnetas taip pat toliau sukasi.

※ Darant prielaidą, kad kiekviena fazinė srovė yra sinusoidinė bangos forma, srovės reikšmė čia yra Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Vykdant magnetinio lauko vektorinę sintezę, bendras magnetinio lauko dydis gaunamas kaip ( √ 3⁄2)²× 2 = 1,5 karto.Kai kiekviena fazinė srovė yra sinusinė banga, nepriklausomai nuo nuolatinio magneto padėties, vektorinio sudėtinio magnetinio lauko dydis yra 1,5 karto didesnis už ritės generuojamo magnetinio lauko dydį, o magnetinis laukas yra 90° kampu. į nuolatinio magneto magnetinį lauką.

③

Toliau besisukant 30°, srovė Io/2 teka į ritę 1, srovė Io/2 teka į ritę 2, o srovė Io išteka iš ritės 3 .

Ritės 1 išorė tampa S poliu, ritės 2 išorė taip pat tampa S poliu, o ritės 3 išorė tampa N poliumi.Sujungus vektorius, gaunamas magnetinis laukas yra 1,5 karto didesnis už magnetinį lauką, susidarantį, kai srovė Io teka per ritę (tas pats kaip ①).Čia taip pat sukuriamas magnetinis laukas 90° kampu nuolatinio magneto magnetinio lauko atžvilgiu ir sukasi pagal laikrodžio rodyklę.

④～⑥

Sukite taip pat, kaip nuo ① iki ③.

Tokiu būdu, jei į ritę tekanti srovė yra nuolat nuosekliai perjungiama pagal nuolatinio magneto padėtį, nuolatinis magnetas suksis fiksuota kryptimi.Panašiai, jei pakeisite srovės srautą ir pakeisite susidariusį magnetinį lauką, jis suksis prieš laikrodžio rodyklę.

Toliau pateiktame paveikslėlyje nuolat rodoma kiekvienos ritės srovė kiekviename žingsnyje nuo ① iki ⑥ aukščiau.Per pirmiau pateiktą įvadą turėtų būti įmanoma suprasti ryšį tarp dabartinių pokyčių ir rotacijos.

žingsninis variklis

Žingsninis variklis yra variklis, galintis tiksliai valdyti sukimosi kampą ir greitį sinchronizuodamas su impulsiniu signalu. Žingsninis variklis taip pat vadinamas „impulsiniu varikliu“.Kadangi žingsniniai varikliai gali pasiekti tikslią padėties nustatymą tik per atviros kilpos valdymą, nenaudojant padėties jutiklių, jie plačiai naudojami įrangoje, kuriai reikalingas padėties nustatymas.

Žingsninio variklio (dviejų fazių bipolinio) konstrukcija

Toliau pateikti paveikslai iš kairės į dešinę yra žingsninio variklio išvaizdos pavyzdys, vidinės struktūros schema ir konstrukcijos koncepcijos schema.

Išvaizdos pavyzdyje pateikta HB (hibridinio) ir PM (nuolatinio magneto) tipo žingsninio variklio išvaizda.Viduryje esančioje struktūros diagramoje taip pat parodyta HB tipo ir PM tipo struktūra.

Žingsninis variklis yra konstrukcija, kurioje ritė yra fiksuota ir nuolatinis magnetas sukasi.Koncepcinė žingsninio variklio vidinės struktūros schema dešinėje yra PM variklio, naudojančio dvifazes (du rinkinius) ritės, pavyzdys.Žingsninio variklio pagrindinės konstrukcijos pavyzdyje ritės išdėstytos išorėje, o nuolatiniai magnetai – viduje.Be dviejų fazių ritės, yra trifazių ir penkių fazių tipų su daugiau fazių.

Kai kurie žingsniniai varikliai turi kitokias struktūras, tačiau pagrindinė žingsninio variklio struktūra pateikiama šiame straipsnyje, kad būtų lengviau pristatyti jo veikimo principą.Per šį straipsnį tikiuosi suprasti, kad žingsninis variklis iš esmės perima fiksuotos ritės ir besisukančio nuolatinio magneto struktūrą.

Pagrindinis žingsninio variklio veikimo principas (vienfazis sužadinimas)

Šis paveikslas naudojamas pagrindiniam žingsninio variklio veikimo principui pristatyti.Tai yra kiekvienos aukščiau esančios dvifazės bipolinės ritės fazės (ritių rinkinio) sužadinimo pavyzdys.Šios diagramos prielaida yra ta, kad būsena pasikeičia iš ① į ④.Ritę sudaro atitinkamai 1 ritė ir 2 ritė.Be to, srovės rodyklės rodo srovės srauto kryptį.

①

• Srovė įteka iš kairės ritės 1 pusės, o išteka iš dešinės 1 ritės pusės.
• Neleiskite srovei tekėti per ritę 2.
• Šiuo metu kairiosios ritės 1 vidinė pusė tampa N, o dešinės ritės 1 vidinė pusė tampa S.
• Todėl viduryje esantį nuolatinį magnetą traukia ritės 1 magnetinis laukas, tampa kairiojo S ir dešiniojo N būsena ir sustoja.

  ②

• Ritės 1 srovė sustabdoma, o srovė įteka iš viršutinės ritės 2 pusės ir išteka iš apatinės ritės 2 pusės.
• Viršutinės ritės 2 vidinė pusė tampa N, o apatinės ritės 2 vidinė pusė tampa S.
• Nuolatinį magnetą traukia jo magnetinis laukas ir jis sustoja sukdamasis 90° pagal laikrodžio rodyklę.

  ③

• Ritės 2 srovė sustabdoma, o srovė teka iš dešinės 1 ritės pusės ir išteka iš kairės 1 ritės pusės.
• Kairiosios ritės 1 vidinė pusė tampa S, o dešiniosios ritės 1 vidinė pusė tampa N.
• Nuolatinį magnetą traukia jo magnetinis laukas ir jis sustoja pasisukus pagal laikrodžio rodyklę dar 90°.

  ④

• Ritės 1 srovė sustabdoma, o srovė įteka iš apatinės ritės 2 pusės ir išteka iš viršutinės ritės 2 pusės.
• Viršutinės ritės 2 vidinė pusė tampa S, o apatinės ritės 2 vidinė pusė tampa N.
• Nuolatinį magnetą traukia jo magnetinis laukas ir jis sustoja pasisukus pagal laikrodžio rodyklę dar 90°.