Hampir separuh daripada penggunaan kuasa dunia digunakan oleh motor. Oleh itu, meningkatkan kecekapan motor dikatakan sebagai langkah paling berkesan untuk menyelesaikan masalah tenaga dunia.
Jenis motor
Secara umum, ia merujuk kepada menukar daya yang dihasilkan oleh aliran arus dalam medan magnet kepada gerakan berputar, dan ia juga termasuk gerakan linear dalam julat yang luas.
Mengikut jenis bekalan kuasa yang didorong oleh motor, ia boleh dibahagikan kepada motor DC dan motor AC.Mengikut prinsip putaran motor, ia boleh dibahagikan secara kasar kepada jenis berikut.(kecuali motor khas)
Mengenai Arus, Medan Magnet dan Daya
Pertama, untuk kemudahan penjelasan prinsip motor seterusnya, mari kita semak undang-undang/undang asas tentang arus, medan magnet dan daya.Walaupun ada rasa nostalgia, ilmu ini mudah dilupakan jika tidak kerap menggunakan komponen magnet.
Kami menggabungkan gambar dan formula untuk menggambarkan.
Apabila bingkai plumbum adalah segi empat tepat, daya yang bertindak ke atas arus diambil kira.
Daya F yang bertindak pada sisi a dan c ialah
Menghasilkan tork di sekeliling paksi pusat.
Sebagai contoh, apabila mempertimbangkan keadaan di mana sudut putaran sahajaθ, daya yang bertindak pada sudut tepat kepada b dan d ialah dosaθ, jadi tork Ta bahagian a dinyatakan dengan formula berikut:
Memandangkan bahagian c dengan cara yang sama, tork digandakan dan menghasilkan tork yang dikira dengan:
Oleh kerana luas segi empat tepat ialah S=h·l, menggantikannya ke dalam formula di atas menghasilkan keputusan berikut:
Formula ini berfungsi bukan sahaja untuk segi empat tepat, tetapi juga untuk bentuk biasa lain seperti bulatan.Motor menggunakan prinsip ini.
Bagaimanakah motor berputar?
1) Motor berputar dengan bantuan magnet, daya magnet
Di sekeliling magnet kekal dengan aci berputar,① memutarkan magnet(untuk menjana medan magnet berputar),② mengikut prinsip kutub N dan S menarik kutub bertentangan dan menolak pada aras yang sama,③ magnet dengan aci berputar akan berputar.
Ini adalah prinsip asas putaran motor.
Medan magnet berputar (daya magnet) dihasilkan di sekeliling wayar apabila arus mengalir melalui wayar, dan magnet berputar, yang sebenarnya adalah keadaan operasi yang sama.
Di samping itu, apabila wayar digulung dalam bentuk gegelung, daya magnet digabungkan, fluks medan magnet yang besar (fluks magnet) terbentuk, dan kutub N dan kutub S dihasilkan.
Di samping itu, dengan memasukkan teras besi ke dalam wayar bergelung, ia menjadi lebih mudah untuk daya magnet melaluinya, dan daya magnet yang lebih kuat dapat dijana.
2) Motor berputar sebenar
Di sini, sebagai kaedah praktikal memutar mesin elektrik, kaedah menghasilkan medan magnet berputar menggunakan arus ulang alik tiga fasa dan gegelung diperkenalkan.
(AC tiga fasa ialah isyarat AC dengan selang fasa 120°)
- Medan magnet sintetik dalam keadaan ① di atas sepadan dengan angka berikut ①.
- Medan magnet sintetik dalam keadaan ② di atas sepadan dengan ② dalam rajah di bawah.
- Medan magnet sintetik dalam keadaan di atas ③ sepadan dengan rajah ③ berikut.
Seperti yang diterangkan di atas, lilitan gegelung di sekeliling teras dibahagikan kepada tiga fasa, dan gegelung fasa U, gegelung fasa V dan gegelung fasa W disusun pada selang 120°. Gegelung dengan voltan tinggi menghasilkan kutub N, dan gegelung dengan voltan rendah menghasilkan kutub S.
Oleh kerana setiap fasa berubah sebagai gelombang sinus, kekutuban (kutub N, kutub S) yang dihasilkan oleh setiap gegelung dan medan magnetnya (daya magnet) berubah.
Pada masa ini, lihat sahaja gegelung yang menghasilkan kutub N, dan ubah urutan mengikut gegelung fasa U → gegelung fasa V → gegelung fasa W → gegelung fasa U, dengan itu berputar.
Struktur motor kecil
Rajah di bawah menunjukkan struktur umum dan perbandingan tiga motor: motor stepper, motor arus terus (DC) berus dan motor arus terus (DC) tanpa berus.Komponen asas motor ini terutamanya gegelung, magnet dan rotor. Di samping itu, disebabkan oleh jenis yang berbeza, mereka dibahagikan kepada jenis tetap gegelung dan jenis tetap magnet.
Berikut ialah penerangan tentang struktur yang berkaitan dengan contoh rajah.Memandangkan mungkin terdapat struktur lain secara lebih terperinci, sila fahami bahawa struktur yang diterangkan dalam artikel ini adalah dalam rangka kerja yang besar.
Di sini, gegelung motor stepper dipasang di luar, dan magnet berputar di dalam.
Di sini, magnet motor DC yang disikat dipasang di luar, dan gegelung diputar di bahagian dalam.Berus dan komutator bertanggungjawab membekalkan kuasa kepada gegelung dan menukar arah arus.
Di sini, gegelung motor tanpa berus dipasang di luar, dan magnet berputar di dalam.
Oleh kerana jenis motor yang berbeza, walaupun komponen asasnya sama, strukturnya berbeza.Khususnya akan diterangkan secara terperinci dalam setiap bahagian.
motor berus
Struktur motor berus
Di bawah ialah rupa motor DC berus yang sering digunakan dalam model, serta skema meletup bagi motor jenis dua kutub (2 magnet) tiga slot (3 gegelung) biasa.Mungkin ramai yang mempunyai pengalaman membuka motor dan mengeluarkan magnet.
Ia boleh dilihat bahawa magnet kekal motor DC yang disikat adalah tetap, dan gegelung motor DC yang disikat boleh berputar di sekitar pusat dalam.Bahagian pegun dipanggil "pemegun" dan bahagian berputar dipanggil "pemutar".
Berikut ialah gambarajah skematik struktur yang mewakili konsep struktur.
Terdapat tiga komutator (lembaran logam bengkok untuk pensuisan semasa) di pinggir paksi tengah berputar.Untuk mengelakkan sentuhan antara satu sama lain, komutator disusun pada selang 120° (360°÷3 keping).Komutator berputar semasa aci berputar.
Satu komutator disambungkan dengan satu hujung gegelung dan hujung gegelung yang satu lagi, dan tiga komutator dan tiga gegelung membentuk keseluruhan (cincin) sebagai rangkaian litar.
Dua berus ditetapkan pada 0° dan 180° untuk sentuhan dengan komutator.Bekalan kuasa DC luaran disambungkan ke berus, dan arus mengalir mengikut laluan berus → komutator → gegelung → berus.
Prinsip putaran motor berus
① Putar lawan jam dari keadaan awal
Gegelung A berada di atas, sambungkan bekalan kuasa ke berus, biarkan kiri (+) dan kanan (-).Arus besar mengalir dari berus kiri ke gegelung A melalui komutator.Ini adalah struktur di mana bahagian atas (sebelah luar) gegelung A menjadi kutub S.
Oleh kerana 1/2 daripada arus gegelung A mengalir dari berus kiri ke gegelung B dan gegelung C ke arah yang bertentangan dengan gegelung A, bahagian luar gegelung B dan gegelung C menjadi lemah N kutub (ditunjukkan oleh huruf yang lebih kecil sedikit dalam angka).
Medan magnet yang dicipta dalam gegelung ini dan kesan tolakan dan menarik dari magnet menyebabkan gegelung kepada daya putaran lawan jam.
② Pusing lagi lawan jam
Seterusnya, diandaikan bahawa berus kanan bersentuhan dengan dua komutator dalam keadaan di mana gegelung A diputarkan mengikut lawan jam sebanyak 30°.
Arus gegelung A terus mengalir dari berus kiri ke berus kanan, dan bahagian luar gegelung mengekalkan kutub S.
Arus yang sama seperti Gegelung A mengalir melalui Gegelung B, dan bahagian luar Gegelung B menjadi kutub N yang lebih kuat.
Oleh kerana kedua-dua hujung gegelung C dihubung pintas oleh berus, tiada arus mengalir dan tiada medan magnet terhasil.
Walaupun dalam kes ini, daya putaran lawan jam dialami.
Dari ③ hingga ④, gegelung atas terus menerima daya ke kiri, dan gegelung bawah terus menerima daya ke kanan, dan terus berputar mengikut lawan jam
Apabila gegelung diputar ke ③ dan ④ setiap 30°, apabila gegelung diletakkan di atas paksi mendatar tengah, bahagian luar gegelung menjadi kutub S; apabila gegelung diletakkan di bawah, ia menjadi kutub N, dan pergerakan ini diulang.
Dalam erti kata lain, gegelung atas berulang kali dipaksa ke kiri, dan gegelung bawah berulang kali dipaksa ke kanan (kedua-duanya dalam arah lawan jam).Ini memastikan pemutar berputar lawan jam sepanjang masa.
Jika anda menyambungkan kuasa ke berus kiri (-) dan kanan (+) bertentangan, medan magnet bertentangan dicipta dalam gegelung, jadi daya yang dikenakan pada gegelung juga berada dalam arah yang bertentangan, berputar mengikut arah jam.
Di samping itu, apabila kuasa dimatikan, pemutar motor berus berhenti berputar kerana tiada medan magnet untuk memastikan ia berputar.
Motor tanpa berus gelombang penuh tiga fasa
Rupa dan struktur motor tanpa berus gelombang penuh tiga fasa
Rajah di bawah menunjukkan contoh rupa dan struktur motor tanpa berus.
Di sebelah kiri ialah contoh motor gelendong yang digunakan untuk memutar cakera optik dalam peranti main balik cakera optik.Sejumlah tiga fasa × 3 jumlah 9 gegelung.Di sebelah kanan ialah contoh motor gelendong untuk peranti FDD, dengan jumlah 12 gegelung (tiga fasa × 4).Gegelung dipasang pada papan litar dan dililitkan di sekeliling teras besi.
Bahagian berbentuk cakera di sebelah kanan gegelung ialah rotor magnet kekal.Pinggiran adalah magnet kekal, aci pemutar dimasukkan ke bahagian tengah gegelung dan meliputi bahagian gegelung, dan magnet kekal mengelilingi pinggir gegelung.
Gambar rajah struktur dalaman dan litar setara sambungan gegelung bagi motor tanpa berus gelombang penuh tiga fasa
Seterusnya ialah gambarajah skematik struktur dalaman dan gambarajah skematik litar setara sambungan gegelung.
Gambar rajah dalaman ini adalah contoh motor 2 kutub (2 magnet) 3 slot (3 gegelung) yang sangat mudah.Ia adalah serupa dengan struktur motor berus dengan bilangan kutub dan slot yang sama, tetapi bahagian gegelung tetap dan magnet boleh berputar.Sudah tentu, tiada berus.
Dalam kes ini, gegelung disambungkan dengan Y, menggunakan elemen semikonduktor untuk membekalkan gegelung dengan arus, dan aliran masuk dan keluar arus dikawal mengikut kedudukan magnet berputar.Dalam contoh ini, elemen Hall digunakan untuk mengesan kedudukan magnet.Elemen Hall disusun di antara gegelung, dan voltan yang dihasilkan dikesan berdasarkan kekuatan medan magnet dan digunakan sebagai maklumat kedudukan.Pada imej motor gelendong FDD yang diberikan sebelum ini juga dapat dilihat terdapat elemen Hall (di atas gegelung) untuk pengesanan kedudukan antara gegelung dan gegelung.
Elemen dewan adalah penderia magnet yang terkenal.Magnitud medan magnet boleh ditukar kepada magnitud voltan, dan arah medan magnet boleh dinyatakan sebagai positif atau negatif.Di bawah ialah gambarajah skematik yang menunjukkan kesan Hall.
Elemen dewan mengambil kesempatan daripada fenomena bahawa "apabila arus IH mengalir melalui semikonduktor dan fluks magnet B melepasi pada sudut tepat kepada arus, voltan VHdijana dalam arah yang berserenjang dengan arus dan medan magnet", ahli fizik Amerika Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) menemui fenomena ini dan memanggilnya sebagai "kesan Dewan".Voltan yang terhasil VHdiwakili oleh formula berikut.
VH= (KH/ d)・SayaH・B ※KH: Pekali dewan, d: ketebalan permukaan penembusan fluks magnet
Seperti yang ditunjukkan oleh formula, semakin tinggi arus, semakin tinggi voltan.Ciri ini sering digunakan untuk mengesan kedudukan rotor (magnet).
Prinsip putaran motor tanpa berus gelombang penuh tiga fasa
Prinsip putaran motor tanpa berus akan dijelaskan dalam langkah berikut ① hingga ⑥.Untuk pemahaman yang mudah, magnet kekal dipermudahkan daripada bulatan kepada segi empat tepat di sini.
①
Di antara gegelung tiga fasa, diandaikan bahawa gegelung 1 ditetapkan pada arah 12 jam, gegelung 2 dibetulkan ke arah 4 jam, dan gegelung 3 dibetulkan dalam arah jam 8.Biarkan kutub N magnet kekal 2 kutub berada di sebelah kiri dan kutub S di sebelah kanan, dan ia boleh diputar.
Io arus dialirkan ke dalam gegelung 1 untuk menghasilkan medan magnet kutub-S di luar gegelung.Arus Io/2 dibuat mengalir dari Gegelung 2 dan Gegelung 3 untuk menghasilkan medan magnet kutub-N di luar gegelung.
Apabila medan magnet gegelung 2 dan gegelung 3 divektorkan, medan magnet N-kutub dijana ke bawah, iaitu 0.5 kali ganda saiz medan magnet yang dihasilkan apabila Io semasa melalui satu gegelung, dan 1.5 kali lebih besar apabila ditambah. kepada medan magnet gegelung 1.Ini menghasilkan medan magnet terhasil pada sudut 90° kepada magnet kekal, jadi tork maksimum boleh dijana, magnet kekal berputar mengikut arah jam.
Apabila arus gegelung 2 dikurangkan dan arus gegelung 3 dinaikkan mengikut kedudukan putaran, medan magnet yang terhasil juga berputar mengikut arah jam dan magnet kekal juga terus berputar.
②
Dalam keadaan diputar sebanyak 30°, arus Io mengalir ke dalam gegelung 1 , arus dalam gegelung 2 dijadikan sifar, dan arus Io mengalir keluar dari gegelung 3 .
Bahagian luar gegelung 1 menjadi kutub S, dan bahagian luar gegelung 3 menjadi kutub N.Apabila vektor digabungkan, medan magnet yang terhasil ialah √3 (≈1.72) kali medan magnet yang dihasilkan apabila arus Io melalui gegelung.Ini juga menghasilkan medan magnet terhasil pada sudut 90° kepada medan magnet magnet kekal dan berputar mengikut arah jam.
Apabila arus masuk Io gegelung 1 dikurangkan mengikut kedudukan putaran, arus aliran masuk gegelung 2 meningkat daripada sifar, dan arus keluar gegelung 3 dinaikkan kepada Io, medan magnet yang terhasil juga berputar mengikut arah jam, dan magnet kekal juga terus berputar.
※Dengan mengandaikan bahawa setiap arus fasa ialah bentuk gelombang sinusoidal, nilai semasa di sini ialah Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Melalui sintesis vektor medan magnet, jumlah saiz medan magnet diperolehi sebagai ( √ 3⁄2)2× 2=1.5 kali.Apabila setiap arus fasa ialah gelombang sinus, tanpa mengira kedudukan magnet kekal, magnitud medan magnet komposit vektor ialah 1.5 kali ganda daripada medan magnet yang dihasilkan oleh gegelung, dan medan magnet berada pada sudut relatif 90°. kepada medan magnet magnet kekal.
③
Dalam keadaan terus berputar sebanyak 30°, arus Io/2 mengalir ke dalam gegelung 1 , arus Io/2 mengalir ke dalam gegelung 2 , dan arus Io mengalir keluar dari gegelung 3 .
Bahagian luar gegelung 1 menjadi kutub S, bahagian luar gegelung 2 juga menjadi kutub S, dan bahagian luar gegelung 3 menjadi kutub N.Apabila vektor digabungkan, medan magnet yang terhasil ialah 1.5 kali ganda medan magnet yang dihasilkan apabila arus Io mengalir melalui gegelung (sama seperti ①).Di sini juga, medan magnet terhasil dijana pada sudut 90° berkenaan dengan medan magnet magnet kekal dan berputar mengikut arah jam.
④～⑥
Putar dengan cara yang sama seperti ① hingga ③.
Dengan cara ini, jika arus yang mengalir ke dalam gegelung terus ditukar mengikut urutan mengikut kedudukan magnet kekal, magnet kekal akan berputar dalam arah yang tetap.Begitu juga, jika anda membalikkan aliran arus dan membalikkan medan magnet yang terhasil, ia akan berputar mengikut lawan jam.
Rajah di bawah secara berterusan menunjukkan arus setiap gegelung dalam setiap langkah ① hingga ⑥ di atas.Melalui pengenalan di atas, adalah mungkin untuk memahami hubungan antara perubahan semasa dan putaran.
motor stepper
Motor stepper ialah motor yang boleh mengawal sudut putaran dan kelajuan dengan tepat dalam penyegerakan dengan isyarat nadi. Motor stepper juga dipanggil "motor nadi".Oleh kerana motor stepper boleh mencapai kedudukan yang tepat hanya melalui kawalan gelung terbuka tanpa menggunakan penderia kedudukan, ia digunakan secara meluas dalam peralatan yang memerlukan kedudukan.
Struktur motor stepper (bipolar dua fasa)
Angka-angka berikut dari kiri ke kanan ialah contoh penampilan motor melangkah, gambarajah skematik struktur dalaman, dan gambarajah skematik konsep struktur.
Dalam contoh rupa, rupa motor melangkah jenis HB (Hibrid) dan PM (Magnet Kekal) diberikan.Rajah struktur di bahagian tengah juga menunjukkan struktur jenis HB dan jenis PM.
Motor loncatan ialah struktur di mana gegelung dipasang dan magnet kekal berputar.Gambar rajah konsep struktur dalaman motor stepper di sebelah kanan adalah contoh motor PM yang menggunakan gegelung dua fasa (dua set).Dalam contoh struktur asas motor melangkah, gegelung disusun di bahagian luar dan magnet kekal disusun di bahagian dalam.Sebagai tambahan kepada gegelung dua fasa, terdapat jenis tiga fasa dan lima fasa dengan lebih banyak fasa.
Sesetengah motor stepper mempunyai struktur lain yang berbeza, tetapi struktur asas motor stepper diberikan dalam artikel ini untuk memudahkan pengenalan prinsip kerjanya.Melalui artikel ini, saya berharap dapat memahami bahawa motor melangkah pada asasnya mengamalkan struktur gegelung tetap dan magnet kekal berputar.
Prinsip kerja asas motor stepper (pengujaan fasa tunggal)
Rajah berikut digunakan untuk memperkenalkan prinsip kerja asas motor stepper.Ini adalah contoh pengujaan bagi setiap fasa (set gegelung) gegelung bipolar dua fasa di atas.Premis rajah ini ialah keadaan berubah daripada ① kepada ④.Gegelung terdiri daripada Gegelung 1 dan Gegelung 2, masing-masing.Di samping itu, anak panah semasa menunjukkan arah aliran semasa.
①
- Arus mengalir masuk dari sebelah kiri gegelung 1 dan mengalir keluar dari sebelah kanan gegelung 1 .
- Jangan biarkan arus mengalir melalui gegelung 2.
- Pada masa ini, bahagian dalam gegelung kiri 1 menjadi N, dan bahagian dalam gegelung kanan 1 menjadi S.
- Oleh itu, magnet kekal di tengah tertarik oleh medan magnet gegelung 1, menjadi keadaan kiri S dan kanan N, dan berhenti.
②
- Arus gegelung 1 dihentikan, dan arus mengalir masuk dari bahagian atas gegelung 2 dan mengalir keluar dari bahagian bawah gegelung 2 .
- Bahagian dalam gegelung atas 2 menjadi N, dan bahagian dalam gegelung bawah 2 menjadi S.
- Magnet kekal ditarik oleh medan magnetnya dan berhenti dengan berputar 90° mengikut arah jam.
③
- Arus gegelung 2 dihentikan, dan arus mengalir masuk dari sebelah kanan gegelung 1 dan mengalir keluar dari sebelah kiri gegelung 1 .
- Bahagian dalam gegelung kiri 1 menjadi S, dan bahagian dalam gegelung kanan 1 menjadi N.
- Magnet kekal tertarik oleh medan magnetnya dan berhenti dengan memusingkan mengikut arah jam 90° lagi.
④
- Arus gegelung 1 dihentikan, dan arus mengalir masuk dari bahagian bawah gegelung 2 dan mengalir keluar dari bahagian atas gegelung 2 .
- Bahagian dalam gegelung atas 2 menjadi S, dan bahagian dalam gegelung bawah 2 menjadi N.
- Magnet kekal tertarik oleh medan magnetnya dan berhenti dengan memusingkan mengikut arah jam 90° lagi.
Masa siaran: Jul-09-2022