Ampir satengah tina konsumsi kakuatan dunya dikonsumsi ku motor. Ku alatan éta, ngaronjatkeun efisiensi motor ceuk ukuran paling éféktif pikeun ngajawab masalah énergi dunya.
Jenis motor
Sacara umum, éta ngarujuk kana ngarobih gaya anu dibangkitkeun ku aliran arus dina médan magnét kana gerak puteran, sareng ogé kalebet gerak linier dina rentang anu lega.
Numutkeun jinis catu daya anu didorong ku motor, éta tiasa dibagi kana motor DC sareng motor AC.Nurutkeun kana prinsip rotasi motor, éta bisa kasarna dibagi kana jenis handap.(iwal motor husus)
Ngeunaan Arus, Médan Magnét, sareng Gaya
Kahiji, pikeun ngagampangkeun katerangan prinsip motor salajengna, hayu urang marios hukum dasar / hukum ngeunaan arus, médan magnét, sareng gaya.Sanajan aya rasa nostalgia, gampang poho pangaweruh ieu lamun teu sering ngagunakeun komponén magnét.
Urang ngagabungkeun gambar jeung rumus pikeun ngagambarkeun.
Nalika pigura kalungguhan téh rectangular, gaya nimpah arus dicokot kana rekening.
Gaya F dina sisi a jeung c nyaéta
Ngahasilkeun torsi sabudeureun sumbu sentral.
Contona, nalika tempo kaayaan dimana sudut rotasi nganθ, gaya nu nimpah dina sudut katuhu ka b jeung d nyaeta dosaθ, ku kituna torsi Ta bagian a dinyatakeun ku rumus ieu:
Tempo bagian c dina cara nu sarua, torsi nu dua kali tur ngahasilkeun torsi diitung ku:
Kusabab luas sagi opat nyaéta S=h·l, ngagantikeun kana rumus di luhur ngahasilkeun hasil ieu:
Rumus ieu dianggo henteu ngan ukur pikeun sagi opat, tapi ogé pikeun bentuk umum anu sanés sapertos bunderan.Motor ngagunakeun prinsip ieu.
Kumaha puteran motor?
1) motor rotates kalayan bantuan magnet, gaya magnét
Di sabudeureun magnet permanén kalayan aci puteran,① muterkeun magnet(pikeun ngahasilkeun médan magnét puteran),② nurutkeun prinsip N jeung S kutub attracting kutub sabalikna jeung repulsing dina tingkat nu sarua,③ magnet jeung aci puteran bakal muterkeun.
Ieu prinsip dasar rotasi motor.
Médan magnét puteran (gaya magnét) dihasilkeun sabudeureun kawat nalika arus ngalir ngaliwatan kawat, sarta magnet rotates, nu sabenerna kaayaan operasi sarua.
Salaku tambahan, nalika kawat tatu dina bentuk coil, gaya magnét digabungkeun, fluks médan magnét ageung (fluks magnét) kabentuk, sareng kutub N sareng kutub S dihasilkeun.
Sajaba ti éta, ku inserting hiji inti beusi kana kawat coiled, janten gampang pikeun gaya magnét ngaliwatan, sarta gaya magnét kuat bisa dihasilkeun.
2) motor puteran sabenerna
Di dieu, salaku metode praktis pikeun muterkeun mesin listrik, metoda ngahasilkeun médan magnét puteran ngagunakeun tilu-fase alik arus jeung coils diwanohkeun.
(Tilu-fase AC nyaéta sinyal AC kalayan interval fase 120°)
- Médan magnét sintétik dina kaayaan ① di luhur pakait jeung gambar di handap ①.
- Médan magnét sintétik dina kaayaan ② di luhur pakait jeung ② dina gambar di handap.
- Médan magnét sintétik dina kaayaan luhur ③ pakait jeung gambar di handap ③.
Sakumaha ditétélakeun di luhur, tatu coil sabudeureun inti dibagi kana tilu fase, sarta coil fase-U, coil-fase V, sarta coil-fase W disusun dina interval 120 °. The coil kalawan tegangan tinggi dibangkitkeun N kutub, sarta coil kalawan tegangan low dibangkitkeun S kutub.
Kusabab unggal fase robah jadi gelombang sinus, polaritasna (kutub N, kutub S) dihasilkeun ku unggal coil jeung médan magnét na (gaya magnét) robah.
Dina waktu ieu, ngan kasampak di coil nu ngahasilkeun kutub N, sarta robah dina urutan nurutkeun coil U-fase → V-fase coil → W-fase coil → U-fase coil, kukituna puteran.
Struktur motor leutik
Gambar di handap ieu nunjukkeun struktur umum sareng ngabandingkeun tina tilu motor: motor stepper, motor arus langsung (DC), sareng motor arus langsung (DC).Komponén dasar motor ieu utamana coils, magnet jeung rotors. Sajaba ti éta, alatan tipena béda, aranjeunna dibagi kana tipe tetep coil jeung tipe tetep magnet.
Di handap ieu pedaran ngeunaan struktur pakait jeung conto diagram.Kusabab meureun aya struktur séjén dina dasar leuwih granular, mangga ngartos yen struktur digambarkeun dina artikel ieu aya dina kerangka badag.
Di dieu, coil motor stepper dibereskeun di luar, sarta magnet rotates di jero.
Di dieu, magnét tina motor DC brushed dibereskeun di luar, sarta coils nu diputer di jero.Sikat sareng komutator tanggung jawab pikeun nyayogikeun kakuatan ka coil sareng ngarobih arah arus.
Di dieu, coil motor tanpa sikat dipasang di luar, sareng magnetna berputar di jero.
Alatan rupa-rupa motor, sanajan komponén dasarna sami, strukturna béda.Spésifikna bakal dijelaskeun sacara rinci dina unggal bagian.
motor disikat
Struktur motor brushed
Di handap ieu naon motor DC brushed mindeng dipaké dina model Sigana mah, kitu ogé mangrupa skéma exploded tina dua-kutub umum (2 magnét) tilu-slot (3 coils) tipe motor.Panginten seueur jalma gaduh pangalaman ngabongkar motor sareng ngaluarkeun magnet.
Ieu bisa ditempo yén magnet permanén motor DC brushed dibereskeun, sarta coils motor DC brushed bisa muterkeun sabudeureun puseur jero.Sisi cicing disebut "stator" jeung sisi puteran disebut "rotor".
Di handap ieu mangrupakeun diagram skéma tina struktur ngagambarkeun konsép struktur.
Aya tilu komutator (lembar logam ngagulung pikeun switching ayeuna) dina periphery sumbu sentral puteran.Pikeun ngahindarkeun kontak hiji-hiji, komutator disusun dina interval 120° (360°÷3 buah).commutator rotates sakumaha aci rotates.
Hiji komutator dihubungkeun sareng hiji tungtung coil sareng tungtung coil anu sanés, sareng tilu komutator sareng tilu coils ngabentuk sadayana (ring) salaku jaringan sirkuit.
Dua sikat dibereskeun dina 0 ° sareng 180 ° pikeun kontak sareng komutator.Catu daya DC éksternal disambungkeun ka sikat, sarta arus ngalir nurutkeun jalur sikat → commutator → coil → sikat.
Prinsip rotasi motor brushed
① Puteran lawan jarum jam tina kaayaan awal
Coil A aya di luhur, sambungkeun catu daya ka sikat, hayu kénca jadi (+) jeung katuhu jadi (-).A arus badag ngalir ti sikat kénca ka coil A ngaliwatan commutator nu.Ieu mangrupikeun struktur dimana bagian luhur (sisi luar) gulungan A janten kutub S.
Kusabab 1/2 tina arus coil A ngalir ti sikat kénca ka coil B jeung coil C dina arah nu lalawanan ka coil A, sisi luar coil B jeung coil C jadi lemah N kutub (ditunjukkeun ku hurup rada leutik dina inohong).
Médan magnét anu diciptakeun dina gulungan ieu sareng épék anu pikaresepeun sareng pikaresepeun tina magnet matuhkeun gulungan kana gaya puteran sabalikna.
② Salajengna balikkeun counterclockwise
Salajengna, eta dianggap yén sikat katuhu aya dina kontak jeung dua commutators dina kaayaan dimana coil A diputer counterclockwise ku 30 °.
Arus coil A terus ngalir ti sikat kénca ka sikat katuhu, jeung luar coil ngajaga kutub S.
Arus sarua jeung Coil A ngalir ngaliwatan Coil B, jeung luar Coil B jadi kuat N kutub.
Kusabab duanana tungtung coil C anu pondok-circuited ku brushes, euweuh arus jeung euweuh médan magnét dihasilkeun.
Malah dina hal ieu, gaya rotasi counterclockwise ngalaman.
Ti ③ ka ④, coil luhur terus narima gaya ka kénca, jeung coil handap terus narima gaya ka katuhu, terus muterkeun counterclockwise.
Nalika coil diputar ka ③ sareng ④ unggal 30 °, nalika coil diposisikan di luhur sumbu horizontal sentral, sisi luar coil janten kutub S; nalika coil ieu diposisikan handap, janten kutub N, sarta gerakan ieu terus-terusan.
Dina basa sejen, coil luhur sababaraha kali kapaksa ka kénca, sarta coil handap sababaraha kali kapaksa ka katuhu (duanana dina arah counterclockwise).Ieu ngajaga rotor spinning counterclockwise sadaya waktu.
Lamun anjeun nyambungkeun kakuatan ka kénca sabalikna (-) jeung katuhu (+) brushes, médan magnét sabalikna dijieun dina coils, jadi gaya dilarapkeun ka coils oge dina arah nu lalawanan, péngkolan jarum jam.
Sajaba ti éta, nalika kakuatan dipareuman, rotor motor brushed eureun puteran sabab euweuh médan magnét tetep spinning.
Tilu-fase full-gelombang brushless motor
Penampilan jeung struktur tilu-fase full-gelombang brushless motor
Gambar di handap ieu nunjukkeun conto penampilan sareng struktur motor tanpa sikat.
Di kénca nyaéta conto motor spindle dipaké pikeun muter hiji disc optik dina alat playback disc optik.Total tilu-fase × 3 total 9 coils.Di katuhu nyaéta conto motor spindle pikeun alat FDD, kalawan jumlahna aya 12 coils (tilu-fase × 4).Coil ieu dibereskeun dina circuit board sarta tatu sabudeureun inti beusi.
Bagian anu ngawangun piringan ka katuhu coil nyaéta rotor magnet permanén.Periphery mangrupikeun magnet permanén, aci rotor diselapkeun kana bagian tengah coil sareng nutupan bagian coil, sareng magnet permanén ngurilingan periphery coil.
Diagram struktur internal sareng sirkuit sarimbag sambungan coil tina motor brushless gelombang pinuh tilu-fase
Salajengna nyaéta diagram skéma tina struktur internal sareng diagram skéma tina sirkuit sarimbag tina sambungan coil.
diagram internal Ieu conto pisan basajan 2-kutub (2 magnét) 3-slot (3 coils) motor.Ieu sarupa jeung struktur motor brushed kalawan jumlah sarua kutub jeung slot, tapi sisi coil dibereskeun jeung magnet bisa muterkeun.Tangtu, euweuh sikat.
Dina hal ieu, coil ieu Y-disambungkeun, ngagunakeun unsur semikonduktor pikeun suplai coil kalawan ayeuna, sarta inflow na outflow of ayeuna dikawasa nurutkeun posisi magnet puteran.Dina conto ieu, unsur Aula dipaké pikeun ngadeteksi posisi magnet.Unsur Aula disusun antara coils, sarta tegangan dihasilkeun dideteksi dumasar kana kakuatan médan magnét sarta dipaké salaku informasi posisi.Dina gambar tina motor spindle FDD dibikeun saméméhna, éta ogé bisa ditempo yén aya unsur Aula (luhureun coil nu) pikeun deteksi posisi antara coil na coil.
elemen aula anu ogé dipikawanoh sensor magnét.Gedéna médan magnét tiasa dirobih kana gedéna tegangan, sareng arah médan magnét tiasa dinyatakeun salaku positip atanapi négatif.Di handap ieu diagram skématik anu nunjukkeun pangaruh Hall.
Elemen aula ngamangpaatkeun fénoména yén "nalika arus IH ngalir ngaliwatan semikonduktor sarta fluks magnét B ngaliwatan sudut katuhu ka arus, tegangan V.Hdihasilkeun dina arah jejeg arus jeung médan magnét", fisikawan Amérika Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) manggihan fenomena ieu sarta disebut "efek Hall".tegangan hasilna VHdiwakilan ku rumus ieu di handap.
VH= (KH/d)・IH・B ※KH: Koéfisién Hall, d: ketebalan permukaan penetrasi fluks magnét
Salaku nunjukkeun rumus, nu leuwih luhur ayeuna, nu leuwih luhur tegangan.Fitur ieu sering dianggo pikeun ngadeteksi posisi rotor (magnét).
Prinsip rotasi tilu-fase full-gelombang brushless motor
Prinsip rotasi motor tanpa sikat bakal dijelaskeun dina léngkah-léngkah ieu ① ka ⑥.Pikeun gampang ngartos, magnet permanén disederhanakeun tina bunderan ka sagi opat di dieu.
①
Di antara coil tilu-fase, dianggap yén coil 1 dilereskeun dina arah jam 12, coil 2 dilereskeun dina arah jam 4, sareng coil 3 dibenerkeun dina arah jam 8.Hayu N kutub magnet permanén 2-kutub di kénca jeung kutub S di katuhu, sarta eta bisa diputer.
Io ayeuna dialirkeun kana coil 1 pikeun ngahasilkeun médan magnét S-kutub luar coil nu.Io / 2 ayeuna dijieun ngalir ti Coil 2 jeung Coil 3 pikeun ngahasilkeun hiji N-kutub médan magnét luar coil nu.
Nalika médan magnét tina coil 2 sareng coil 3 divektorkeun, médan magnét N-kutub dihasilkeun ka handap, nyaéta 0,5 kali ukuran médan magnét anu dihasilkeun nalika Io ayeuna ngaliwatan hiji coil, sareng 1,5 kali langkung ageung nalika ditambahkeun. ka médan magnét coil 1.Ieu nyiptakeun médan magnét hasilna dina sudut 90 ° ka magnet permanén, jadi torsi maksimum bisa dihasilkeun, magnet permanén rotates jarum jam.
Nalika arus coil 2 diréduksi sareng arus coil 3 ningkat dumasar kana posisi rotasi, médan magnét anu hasilna ogé puteran saarah jarum jam sareng magnet permanén ogé terus muter.
②
Dina kaayaan diputer ku 30 °, arus Io ngalir kana coil nu 1, arus dina coil nu 2 dijieun enol, sarta Io ayeuna ngalir kaluar tina coil nu 3.
Luar kutub 1 janten kutub S, sareng luar kutub 3 janten kutub N.Nalika vektor digabungkeun, médan magnét anu dihasilkeun nyaéta √3 (≈1.72) kali médan magnét anu dihasilkeun nalika Io ayeuna ngaliwatan coil.Ieu ogé ngahasilkeun hasil médan magnét dina sudut 90° kana médan magnét magnét permanén sarta muterkeun saarah jarum jam.
Nalika arus inflow Io tina coil 1 diréduksi nurutkeun posisi rotational, arus inflow tina coil 2 ngaronjat tina enol, sarta arus outflow tina coil 3 ngaronjat jadi Io, médan magnét hasilna ogé rotates jarum jam, sarta magnet permanén ogé terus muterkeun.
※Anggap yén unggal fase arus nyaéta wangun gelombang sinusoida, nilai arus di dieu nyaéta Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Ngaliwatan sintésis véktor médan magnét, total ukuran médan magnét dimeunangkeun salaku ( √ 3⁄2)2× 2 = 1,5 kali.Nalika unggal fase ayeuna nyaéta gelombang sinus, henteu paduli posisi magnet permanén, gedéna médan magnét komposit vektor nyaéta 1,5 kali tina médan magnét anu dihasilkeun ku coil, sareng médan magnét dina sudut 90 ° relatif. kana médan magnét tina magnet permanén.
③
Dina kaayaan terus muter 30 °, arus Io / 2 ngalir kana coil 1, arus Io / 2 ngalir kana coil 2, sarta Io ayeuna ngalir kaluar tina coil 3.
Luar kutub 1 janten kutub S, luar kutub 2 ogé janten kutub S, sareng luar kutub 3 janten kutub N.Nalika vektor digabungkeun, médan magnét anu dihasilkeun nyaéta 1,5 kali médan magnét anu dihasilkeun nalika arus Io ngalir ngaliwatan coil (sarua sareng ①).Di dieu ogé, médan magnét hasilna dihasilkeun dina sudut 90 ° kalayan hormat ka médan magnét tina magnét permanén sarta rotates jarum jam.
④～⑥
Puterkeun cara anu sami sareng ① ka ③.
Ku cara kieu, lamun arus ngalir kana coil terus switched dina urutan nurutkeun posisi magnet permanén, magnet permanén bakal muterkeun dina arah tetep.Kitu ogé, upami anjeun ngabalikeun aliran arus sareng ngabalikeun médan magnét anu hasilna, éta bakal muterkeun counterclockwise.
Angka di handap terus nunjukkeun arus unggal coil dina unggal léngkah ① ka ⑥ di luhur.Ngaliwatan bubuka di luhur, kudu mungkin ngartos hubungan antara robah ayeuna jeung rotasi.
motor stepper
Motor stepper mangrupikeun motor anu akurat tiasa ngontrol sudut rotasi sareng laju dina sinkronisasi sareng sinyal pulsa. Motor stepper disebut oge "motor pulsa".Kusabab motor stepper bisa ngahontal positioning akurat ngan ngaliwatan kontrol buka-loop tanpa ngagunakeun sensor posisi, aranjeunna loba dipaké dina parabot nu merlukeun positioning.
Struktur motor stepper (dua fase bipolar)
Inohong di handap ieu ti kénca ka katuhu mangrupa conto penampilan motor stepping, diagram skéma tina struktur internal, sarta diagram skéma tina konsép struktur.
Dina conto penampilan, penampilan tipe HB (Hybrid) jeung PM (Magnet Permanén) tipe stepping motor dibikeun.Diagram struktur di tengah ogé nembongkeun struktur tipe HB jeung tipe PM.
Motor stepping mangrupikeun struktur dimana coil tetep sareng magnet permanén puteran.Diagram konsép tina struktur internal motor stepper di beulah katuhu nyaéta conto motor PM anu ngagunakeun dua fase (dua set) gulungan.Dina conto struktur dasar motor stepping, coils disusun di luar jeung magnet permanén disusun dina jero.Salian coils dua-fase, aya tilu-fase jeung lima-fase tipe kalawan leuwih fase.
Sababaraha motor stepper ngagaduhan struktur anu béda-béda, tapi struktur dasar motor stepper dirumuskeun dina tulisan ieu pikeun ngagampangkeun ngenalkeun prinsip kerjana.Ngaliwatan artikel ieu, abdi miharep ngartos yen stepping motor dasarna adopts struktur coil tetep sarta puteran magnet permanén.
Prinsip kerja dasar motor stepper (eksitasi fase tunggal)
Gambar di handap ieu dipaké pikeun ngawanohkeun prinsip kerja dasar tina motor stepper.Ieu conto éksitasi pikeun tiap fase (set of coils) tina dua fase bipolar coil luhur.Premis tina diagram ieu nya éta kaayaan robah tina ① ka ④.Coil diwangun ku Coil 1 sareng Coil 2, masing-masing.Salaku tambahan, panah ayeuna nunjukkeun arah aliran ayeuna.
①
- Arus ngalir ti sisi kénca coil 1 sarta ngalir kaluar ti sisi katuhu coil 1.
- Ulah ngantep arus ngalir ngaliwatan coil 2.
- Dina waktos ieu, sisi jero tina coil kénca 1 janten N, sareng sisi jero tina coil katuhu 1 janten S.
- Ku alatan éta, magnet permanén di tengah katarik ku médan magnét tina coil 1, janten kaayaan S kénca jeung N katuhu, sarta eureun.
②
- Arus coil nu 1 dieureunkeun, sarta arus ngalir ti sisi luhur coil nu 2 tur ngalir kaluar ti sisi handap coil nu 2.
- Sisi jero tina coil luhur 2 janten N, sareng sisi jero tina coil handap 2 janten S.
- Magnet permanén katarik ku médan magnét sarta eureun ku puteran 90° jarum jam.
③
- Arus coil 2 dieureunkeun, sarta arus ngalir ti sisi katuhu coil 1 tur ngalir kaluar ti sisi kénca coil 1.
- Sisi jero gulungan kénca 1 janten S, sareng sisi jero gulungan katuhu 1 janten N.
- Magnét permanén katarik ku médan magnétna sarta eureun ku péngkolan jarum jam deui 90°.
④
- Arus tina coil nu 1 dieureunkeun, sarta ayeuna ngalir ti sisi handap coil nu 2 sarta ngalir kaluar ti sisi luhur coil nu 2.
- Sisi jero tina coil luhur 2 janten S, sareng sisi jero tina coil handap 2 janten N.
- Magnét permanén katarik ku médan magnétna sarta eureun ku péngkolan jarum jam deui 90°.
waktos pos: Jul-09-2022