2) Motor efectiv rotativ

Aici, ca metodă practică de rotație a mașinilor electrice, este introdusă o metodă de producere a unui câmp magnetic rotativ folosind curent alternativ trifazat și bobine.
(AC trifazat este un semnal AC cu un interval de fază de 120°)

• Câmpul magnetic sintetic în starea ① de mai sus corespunde figurii ① următoare.
• Câmpul magnetic sintetic în starea ② de mai sus corespunde cu ② din figura de mai jos.
• Câmpul magnetic sintetic în starea de mai sus ③ corespunde figurii ③ următoare.

După cum s-a descris mai sus, bobina înfășurată în jurul miezului este împărțită în trei faze, iar bobina cu fază U, bobina cu fază V și bobina cu faza W sunt aranjate la intervale de 120 °. Bobina cu tensiune înaltă generează pol N, iar bobina cu tensiune joasă generează pol S.
Deoarece fiecare fază se schimbă ca undă sinusoidală, polaritatea (polul N, polul S) generată de fiecare bobină și câmpul ei magnetic (forța magnetică) se modifică.
În acest moment, uitați-vă doar la bobina care produce polul N și schimbați în secvență în funcție de bobina de fază U → bobina de fază V → bobina de fază W → bobina de fază U, rotindu-se astfel.

Structura unui motor mic

Figura de mai jos arată structura generală și comparația celor trei motoare: motor pas cu pas, motor cu perii de curent continuu (DC) și motor fără perii de curent continuu (DC).Componentele de bază ale acestor motoare sunt în principal bobine, magneți și rotoare. În plus, datorită diferitelor tipuri, acestea sunt împărțite în tip fix cu bobină și tip fix cu magnet.

Mai jos este o descriere a structurii asociate cu diagrama exemplu.Deoarece pot exista alte structuri pe o bază mai granulară, vă rugăm să înțelegeți că structura descrisă în acest articol se află într-un cadru larg.

Aici, bobina motorului pas cu pas este fixată la exterior, iar magnetul se rotește în interior.

Aici, magneții motorului DC cu perie sunt fixați la exterior, iar bobinele sunt rotite pe interior.Periile și comutatorul sunt responsabile pentru alimentarea cu energie a bobinei și schimbarea direcției curentului.

Aici, bobina motorului fără perii este fixată la exterior, iar magnetul se rotește în interior.

Datorită diferitelor tipuri de motoare, chiar dacă componentele de bază sunt aceleași, structura este diferită.Specificul va fi explicat în detaliu în fiecare secțiune.

motor periat

Structura motorului cu perii

Mai jos este cum arată un motor cu perii de curent continuu folosit adesea în modele, precum și o schemă explodata a unui motor comun cu doi poli (2 magneți) cu trei sloturi (3 bobine).Poate că mulți oameni au experiența de a demonta motorul și de a scoate magnetul.

Se poate observa că magneții permanenți ai motorului de curent continuu periat sunt fixați, iar bobinele motorului de curent continuu periat se pot roti în jurul centrului interior.Partea staționară se numește „stator”, iar partea rotativă se numește „rotor”.

Următoarea este o diagramă schematică a structurii reprezentând conceptul de structură.

Există trei comutatoare (foi metalice îndoite pentru comutarea curentului) la periferia axei centrale de rotație.Pentru a evita contactul între ele, comutatoarele sunt dispuse la un interval de 120° (360°÷3 bucăți).Comutatorul se rotește pe măsură ce arborele se rotește.

Un comutator este conectat la un capăt al bobinei și celălalt capăt al bobinei, iar trei comutatoare și trei bobine formează un întreg (inel) ca o rețea de circuite.

Două perii sunt fixate la 0° și 180° pentru contactul cu comutatorul.Sursa de alimentare DC externă este conectată la perie, iar curentul circulă în funcție de traseul periei → comutator → bobină → perie.

Principiul de rotație al motorului cu perii

① Rotiți în sens invers acelor de ceasornic din starea inițială

Bobina A este deasupra, conectați sursa de alimentare la perie, lăsați stânga (+) și dreapta (-).Un curent mare curge de la peria stângă la bobina A prin comutator.Aceasta este structura în care partea superioară (partea exterioară) a bobinei A devine polul S.

Deoarece 1/2 din curentul bobinei A curge de la peria din stânga la bobina B și bobina C în direcția opusă bobinei A, părțile exterioare ale bobinei B și bobinei C devin poli N slabi (indicate prin litere puțin mai mici în figura).

Câmpurile magnetice create în aceste bobine și efectele respingătoare și atractive ale magneților supun bobinele unei forțe de rotație în sens invers acelor de ceasornic.

② Rotiți în continuare în sens invers acelor de ceasornic

În continuare, se presupune că peria dreaptă este în contact cu cele două comutatoare într-o stare în care bobina A este rotită în sens invers acelor de ceasornic cu 30°.

Curentul bobinei A continuă să curgă de la peria stângă la peria dreaptă, iar exteriorul bobinei menține polul S.

Același curent ca și bobina A trece prin bobina B, iar exteriorul bobinei B devine polul N mai puternic.

Deoarece ambele capete ale bobinei C sunt scurtcircuitate de perii, nu curge curent și nu este generat niciun câmp magnetic.

Chiar și în acest caz, se experimentează o forță de rotație în sens invers acelor de ceasornic.

De la ③ la ④, bobina superioară continuă să primească o forță spre stânga, iar bobina inferioară continuă să primească o forță spre dreapta și continuă să se rotească în sens invers acelor de ceasornic

Când bobina este rotită la ③ și ④ la fiecare 30°, când bobina este poziționată deasupra axei orizontale centrale, partea exterioară a bobinei devine polul S; când bobina este poziționată mai jos, devine polul N, iar această mișcare se repetă.

Cu alte cuvinte, bobina superioară este forțată în mod repetat spre stânga, iar bobina inferioară este forțată în mod repetat spre dreapta (ambele în sens invers acelor de ceasornic).Acest lucru face ca rotorul să se rotească tot timpul în sens invers acelor de ceasornic.

Dacă conectați alimentarea la periile opuse din stânga (-) și din dreapta (+), în bobine se creează câmpuri magnetice opuse, astfel încât forța aplicată bobinelor este și în sens opus, rotindu-se în sensul acelor de ceasornic.

În plus, atunci când alimentarea este oprită, rotorul motorului cu perii se oprește din rotație deoarece nu există un câmp magnetic care să-l mențină în rotație.

Motor trifazat fără perii cu undă întreagă

Aspectul și structura motorului trifazat fără perii

Figura de mai jos prezintă un exemplu de aspect și structura unui motor fără perii.

În stânga este un exemplu de motor cu ax utilizat pentru a învârti un disc optic într-un dispozitiv de redare a discului optic.Un total de trei faze × 3 total de 9 bobine.În dreapta este un exemplu de motor cu ax pentru un dispozitiv FDD, cu un total de 12 bobine (trifazate × 4).Bobina este fixată pe placa de circuit și înfășurată în jurul miezului de fier.

Partea în formă de disc din dreapta bobinei este rotorul cu magnet permanent.Periferia este un magnet permanent, arborele rotorului este introdus în partea centrală a bobinei și acoperă partea bobinei, iar magnetul permanent înconjoară periferia bobinei.

Schema structurii interne și circuitul echivalent al conexiunii bobinei a motorului trifazat fără perii cu undă completă

Urmează o diagramă schematică a structurii interne și o diagramă schematică a circuitului echivalent al conexiunii bobinei.

Această diagramă internă este un exemplu de motor foarte simplu cu 2 poli (2 magneți) cu 3 fante (3 bobine).Este similar cu o structură de motor periată cu același număr de poli și fante, dar partea bobină este fixă ​​și magneții se pot roti.Desigur, fără perii.

În acest caz, bobina este conectată în Y, folosind un element semiconductor pentru a alimenta bobina cu curent, iar intrarea și ieșirea curentului este controlată în funcție de poziția magnetului rotativ.În acest exemplu, un element Hall este utilizat pentru a detecta poziția magnetului.Elementul Hall este aranjat între bobine, iar tensiunea generată este detectată pe baza intensității câmpului magnetic și utilizată ca informații de poziție.În imaginea motorului arborelui FDD dată mai devreme, se poate observa și că există un element Hall (deasupra bobinei) pentru detectarea poziției între bobină și bobină.

Elementele Hall sunt senzori magnetici bine cunoscuți.Mărimea câmpului magnetic poate fi convertită în mărimea tensiunii, iar direcția câmpului magnetic poate fi exprimată ca pozitivă sau negativă.Mai jos este o diagramă schematică care arată efectul Hall.

Elementele Hall profită de fenomenul că „când un curent I_{H trece printr-un semiconductor și un flux magnetic B trece în unghi drept cu curentul, o tensiune VH}este generată în direcția perpendiculară pe curent și pe câmpul magnetic„, fizicianul american Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) a descoperit acest fenomen și l-a numit „efectul Hall”.Tensiunea rezultată V_Heste reprezentată de următoarea formulă.

V_H= (K_H/ d)・I_H・B ※K_H: Coeficient Hall, d: grosimea suprafeței de penetrare a fluxului magnetic

După cum arată formula, cu cât este mai mare curentul, cu atât este mai mare tensiunea.Această caracteristică este adesea folosită pentru a detecta poziția rotorului (magnetului).

Principiul de rotație al motorului trifazat fără perii

Principiul de rotație al motorului fără perii va fi explicat în următorii pași de la ① la ⑥.Pentru o înțelegere ușoară, aici magneții permanenți sunt simplificați de la cercuri la dreptunghiuri.

①

Dintre bobinele trifazate, se presupune că bobina 1 este fixată în direcția orei 12 a ceasului, bobina 2 este fixată în direcția orei 4 a ceasului, iar bobina 3 este fixată în sensul de la ora 8 a ceasului.Lăsați polul N al magnetului permanent cu 2 poli să fie în stânga și polul S în dreapta și poate fi rotit.

Un curent Io este transmis în bobina 1 pentru a genera un câmp magnetic de poli S în afara bobinei.Curentul Io/2 este făcut să curgă din bobina 2 și bobina 3 pentru a genera un câmp magnetic de poli N în afara bobinei.

Când câmpurile magnetice ale bobinei 2 și ale bobinei 3 sunt vectorizate, se generează un câmp magnetic cu poli N, care este de 0,5 ori dimensiunea câmpului magnetic generat atunci când curentul Io trece printr-o bobină și este de 1,5 ori mai mare atunci când este adăugat. la câmpul magnetic al bobinei 1.Acest lucru creează un câmp magnetic rezultat la un unghi de 90° față de magnetul permanent, astfel încât poate fi generat un cuplu maxim, magnetul permanent se rotește în sensul acelor de ceasornic.

Când curentul bobinei 2 este scăzut și curentul bobinei 3 crește în funcție de poziția de rotație, câmpul magnetic rezultat se rotește de asemenea în sensul acelor de ceasornic și magnetul permanent continuă de asemenea să se rotească.

②

În starea rotită cu 30°, curentul Io curge în bobina 1, curentul din bobina 2 este zero, iar curentul Io iese din bobina 3.

Exteriorul bobinei 1 devine polul S, iar exteriorul bobinei 3 devine polul N.Când vectorii sunt combinați, câmpul magnetic rezultat este de √3 (≈1,72) ori câmpul magnetic produs atunci când curentul Io trece printr-o bobină.Acest lucru produce, de asemenea, un câmp magnetic rezultat la un unghi de 90° față de câmpul magnetic al magnetului permanent și se rotește în sensul acelor de ceasornic.

Când curentul de intrare Io al bobinei 1 este scăzut în funcție de poziția de rotație, curentul de intrare al bobinei 2 crește de la zero, iar curentul de ieșire al bobinei 3 crește la Io, câmpul magnetic rezultat se rotește și în sensul acelor de ceasornic, iar magnetul permanent continuă să se rotească.

※Presupunând că fiecare curent de fază este o formă de undă sinusoidală, valoarea curentului aici este Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Prin sinteza vectorială a câmpului magnetic, dimensiunea câmpului magnetic total se obține ca ( √ 3⁄2)²× 2=1,5 ori.Când fiecare curent de fază este o undă sinusoidală, indiferent de poziția magnetului permanent, mărimea câmpului magnetic vector compozit este de 1,5 ori mai mare decât a câmpului magnetic generat de o bobină, iar câmpul magnetic este la un unghi relativ de 90°. la câmpul magnetic al magnetului permanent.

③

În starea de a continua să se rotească cu 30°, curentul Io/2 curge în bobina 1, curentul Io/2 curge în bobina 2, iar curentul Io iese din bobina 3.

Exteriorul bobinei 1 devine polul S, exteriorul bobinei 2 devine tot polul S, iar exteriorul bobinei 3 devine polul N.Când vectorii sunt combinați, câmpul magnetic rezultat este de 1,5 ori mai mare decât câmpul magnetic produs atunci când un curent Io trece printr-o bobină (la fel ca ①).Și aici, un câmp magnetic rezultat este generat la un unghi de 90° față de câmpul magnetic al magnetului permanent și se rotește în sensul acelor de ceasornic.

④～⑥

Rotiți în același mod ca de la ① la ③.

În acest fel, dacă curentul care curge în bobină este comutat continuu în secvență în funcție de poziția magnetului permanent, magnetul permanent se va roti într-o direcție fixă.De asemenea, dacă inversați fluxul de curent și inversați câmpul magnetic rezultat, acesta se va roti în sens invers acelor de ceasornic.

Figura de mai jos arată continuu curentul fiecărei bobine în fiecare pas de la ① la ⑥ de mai sus.Prin introducerea de mai sus, ar trebui să fie posibilă înțelegerea relației dintre schimbarea actuală și rotație.

motor pas cu pas

Un motor pas cu pas este un motor care poate controla cu precizie unghiul de rotație și viteza în sincronizare cu un semnal de impuls. Motorul pas cu pas este numit și „motor cu impulsuri”.Deoarece motoarele pas cu pas pot obține o poziționare precisă numai prin control în buclă deschisă fără utilizarea senzorilor de poziție, acestea sunt utilizate pe scară largă în echipamentele care necesită poziționare.

Structura motorului pas cu pas (bipolar bifazat)

Următoarele figuri de la stânga la dreapta sunt un exemplu de aspect al motorului pas cu pas, o diagramă schematică a structurii interne și o diagramă schematică a conceptului de structură.

În exemplul de aspect, este dat aspectul motorului pas cu pas de tip HB (hibrid) și PM (magnet permanent).Diagrama structurii din mijloc arată, de asemenea, structura tipului HB și tipului PM.

Un motor pas cu pas este o structură în care bobina este fixată și magnetul permanent se rotește.Diagrama conceptuală a structurii interne a unui motor pas cu pas din dreapta este un exemplu de motor PM care utilizează două faze (două seturi) de bobine.În exemplul structurii de bază a motorului pas cu pas, bobinele sunt dispuse la exterior, iar magneții permanenți sunt dispuși la interior.Pe lângă bobinele cu două faze, există tipuri trifazate și cinci faze cu mai multe faze.

Unele motoare pas cu pas au alte structuri diferite, dar structura de bază a motorului pas cu pas este dată în acest articol pentru a facilita introducerea principiului său de funcționare.Prin acest articol, sper să înțeleg că motorul pas cu pas adoptă practic structura bobinei fixe și magnet permanent rotativ.

Principiul de funcționare de bază al motorului pas cu pas (excitație monofazată)

Următoarea figură este folosită pentru a introduce principiul de bază de funcționare al unui motor pas cu pas.Acesta este un exemplu de excitare pentru fiecare fază (set de bobine) a bobinei bipolare cu două faze de mai sus.Premisa acestei diagrame este că starea se schimbă de la ① la ④.Bobina este formată din bobina 1 și, respectiv, bobina 2.În plus, săgețile de curent indică direcția fluxului curent.

①

• Curentul curge din partea stângă a bobinei 1 și curge din partea dreaptă a bobinei 1.
• Nu lăsați curentul să circule prin bobina 2.
• În acest moment, partea interioară a bobinei din stânga 1 devine N, iar partea interioară a bobinei din dreapta 1 devine S.
• Prin urmare, magnetul permanent din mijloc este atras de câmpul magnetic al bobinei 1, devine starea S stâng și N drept și se oprește.

  ②

• Curentul bobinei 1 este oprit, iar curentul intră din partea superioară a bobinei 2 şi iese din partea inferioară a bobinei 2.
• Partea interioară a bobinei superioare 2 devine N, iar partea interioară a bobinei inferioare 2 devine S.
• Magnetul permanent este atras de câmpul său magnetic și se oprește prin rotirea cu 90° în sensul acelor de ceasornic.

  ③

• Curentul bobinei 2 este oprit, iar curentul intră din partea dreaptă a bobinei 1 și iese din partea stângă a bobinei 1.
• Partea interioară a bobinei din stânga 1 devine S, iar partea interioară a bobinei din dreapta 1 devine N.
• Magnetul permanent este atras de câmpul său magnetic și se oprește rotind în sensul acelor de ceasornic încă 90°.

  ④

• Curentul bobinei 1 este oprit, iar curentul intră din partea inferioară a bobinei 2 şi iese din partea superioară a bobinei 2.
• Partea interioară a bobinei superioare 2 devine S, iar partea interioară a bobinei inferioare 2 devine N.
• Magnetul permanent este atras de câmpul său magnetic și se oprește rotind în sensul acelor de ceasornic încă 90°.