2) Gerçek dönen motor

Burada, elektrik makinelerinin dönmesinin pratik bir yöntemi olarak, üç fazlı alternatif akım ve bobinler kullanılarak dönen bir manyetik alan üretme yöntemi tanıtılmaktadır.
(Üç fazlı AC, faz aralığı 120° olan bir AC sinyalidir)

• Yukarıdaki ① durumundaki sentetik manyetik alan, aşağıdaki şekil ①'ye karşılık gelir.
• Yukarıdaki ② durumundaki sentetik manyetik alan, aşağıdaki şekildeki ②'ye karşılık gelir.
• Yukarıdaki durumdaki ③ sentetik manyetik alan aşağıdaki şekle ③ karşılık gelir.

Yukarıda açıklandığı gibi çekirdeğin etrafına sarılan bobin üç faza ayrılır ve U fazlı bobin, V fazlı bobin ve W fazlı bobin 120° aralıklarla düzenlenir. Yüksek gerilimli bobin N kutbunu, düşük gerilimli bobin ise S kutbunu oluşturur.
Her faz sinüs dalgası şeklinde değiştiği için her bobinin ürettiği polarite (N kutbu, S kutbu) ve manyetik alanı (manyetik kuvvet) değişir.
Bu sırada, sadece N kutbunu üreten bobine bakın ve U fazlı bobin → V fazlı bobin → W fazlı bobin → U fazlı bobine göre sırayla değiştirin, böylece dönün.

Küçük bir motorun yapısı

Aşağıdaki şekil üç motorun genel yapısını ve karşılaştırmasını göstermektedir: step motor, fırçalı doğru akım (DC) motor ve fırçasız doğru akım (DC) motor.Bu motorların temel bileşenleri esas olarak bobinler, mıknatıslar ve rotorlardır. Ayrıca farklı tipleri nedeniyle bobinli sabit tip ve mıknatıslı sabit tip olarak ikiye ayrılırlar.

Aşağıda örnek diyagramla ilişkili yapının açıklaması yer almaktadır.Daha ayrıntılı olarak başka yapılar da olabileceğinden, bu makalede açıklanan yapının geniş bir çerçeve içerisinde olduğunu lütfen unutmayın.

Burada step motorun bobini dış tarafa sabitlenir ve mıknatıs iç tarafta döner.

Burada fırçalı DC motorun mıknatısları dış tarafa sabitlenir ve bobinler iç tarafa döndürülür.Fırçalar ve komütatör, bobine güç sağlamaktan ve akımın yönünü değiştirmekten sorumludur.

Burada fırçasız motorun bobini dış tarafa sabitlenir ve mıknatıs iç tarafta döner.

Farklı motor türleri nedeniyle temel bileşenler aynı olsa bile yapı farklıdır.Detaylar her bölümde ayrıntılı olarak açıklanacaktır.

fırçalanmış motor

Fırçalı motorun yapısı

Aşağıda, modellerde sıklıkla kullanılan fırçalı bir DC motorun neye benzediği ve ayrıca iki kutuplu (2 mıknatıslı) üç yuvalı (3 bobinli) tipte bir motorun patlatılmış şeması verilmiştir.Belki pek çok kişinin motoru söküp mıknatısı çıkarma tecrübesi vardır.

Fırçalı DC motorun kalıcı mıknatıslarının sabit olduğu, fırçalı DC motorun bobinlerinin ise iç merkez etrafında dönebildiği görülmektedir.Sabit tarafa “stator”, dönen tarafa ise “rotor” adı verilir.

Aşağıda yapı kavramını temsil eden yapının şematik bir diyagramı bulunmaktadır.

Dönen merkezi eksenin çevresinde üç adet komütatör (akım anahtarlaması için bükülmüş metal levhalar) bulunmaktadır.Komütatörler birbirleriyle teması önlemek amacıyla 120° (360°÷3 adet) aralıklarla düzenlenmiştir.Şaft döndükçe komütatör de döner.

Bir komütatör, bobinin bir ucuna ve diğer bobin ucuna bağlanır ve üç komütatör ve üç bobin, devre ağı olarak bir bütün (halka) oluşturur.

Komütatörle temas için iki fırça 0° ve 180°'de sabitlenmiştir.Harici DC güç kaynağı fırçaya bağlanır ve akım, fırça → komütatör → bobin → fırçanın yoluna göre akar.

Fırçalı motorun dönme prensibi

① Başlangıç ​​durumundan saat yönünün tersine döndürün

A bobini üstte, güç kaynağını fırçaya bağlayın, sol (+) ve sağ (-) olsun.Sol fırçadan komütatör aracılığıyla bobin A'ya büyük bir akım akar.A bobininin üst kısmının (dış tarafının) S kutbu haline geldiği yapıdır.

A bobininin akımının 1/2'si sol fırçadan B bobinine ve C bobinine A bobinine ters yönde aktığından, B bobininin ve C bobininin dış tarafları zayıf N kutupları haline gelir (Şekilde biraz daha küçük harflerle gösterilir). figür) .

Bu bobinlerde oluşturulan manyetik alanlar ve mıknatısların itici ve çekici etkileri, bobinleri saat yönünün tersine dönme kuvvetine maruz bırakır.

② Saat yönünün tersine bir miktar daha çevirin

Daha sonra, A bobininin saat yönünün tersine 30° döndürüldüğü bir durumda sağ fırçanın iki komütatörle temas halinde olduğu varsayılır.

A bobininin akımı sol fırçadan sağ fırçaya akmaya devam eder ve bobinin dış tarafı S kutbunu korur.

Bobin A ile aynı akım Bobin B'den akar ve Bobin B'nin dışı daha güçlü N kutbu haline gelir.

C bobininin her iki ucu da fırçalar tarafından kısa devre edildiği için herhangi bir akım akmaz ve herhangi bir manyetik alan oluşmaz.

Bu durumda bile saat yönünün tersine bir dönme kuvveti yaşanır.

③'den ④'ye kadar üst bobin sola doğru bir kuvvet almaya devam eder ve alt bobin sağa doğru bir kuvvet almaya devam eder ve saat yönünün tersine dönmeye devam eder

Bobin her 30°'de bir ③ ve ④'ye döndürüldüğünde, bobin merkezi yatay eksenin üzerine yerleştirildiğinde, bobinin dış tarafı S kutbu haline gelir; bobin aşağıya yerleştirildiğinde N kutbu olur ve bu hareket tekrarlanır.

Başka bir deyişle, üst bobin tekrar tekrar sola doğru zorlanır ve alt bobin tekrar tekrar sağa doğru zorlanır (her ikisi de saat yönünün tersine).Bu, rotorun her zaman saat yönünün tersine dönmesini sağlar.

Gücü ters sol (-) ve sağ (+) fırçalara bağlarsanız, bobinlerde zıt manyetik alanlar oluşturulur, dolayısıyla bobinlere uygulanan kuvvet de ters yönde, saat yönünde döner.

Ayrıca elektrik kesildiğinde fırçalı motorun rotoru dönmeyi sürdürecek manyetik alan olmadığından dönmeyi durdurur.

Üç fazlı tam dalga fırçasız motor

Üç fazlı tam dalga fırçasız motorun görünümü ve yapısı

Aşağıdaki şekil fırçasız bir motorun görünümü ve yapısının bir örneğini göstermektedir.

Solda, bir optik disk oynatma cihazında bir optik diski döndürmek için kullanılan bir mil motorunun bir örneği bulunmaktadır.Toplam üç faz × 3 toplam 9 bobin.Sağda, toplam 12 bobinli (üç fazlı × 4) bir FDD cihazı için bir iş mili motoru örneği bulunmaktadır.Bobin devre kartına sabitlenir ve demir çekirdeğin etrafına sarılır.

Bobinin sağındaki disk şeklindeki kısım, kalıcı mıknatıslı rotordur.Çevresi kalıcı bir mıknatıstır, rotorun şaftı bobinin orta kısmına yerleştirilerek bobin kısmını kaplar ve kalıcı mıknatıs ise bobinin çevresini çevreler.

Üç fazlı tam dalga fırçasız motorun iç yapı şeması ve bobin bağlantısı eşdeğer devresi

Daha sonra iç yapının şematik bir diyagramı ve bobin bağlantısının eşdeğer devresinin şematik bir diyagramı yer almaktadır.

Bu iç şema çok basit bir 2 kutuplu (2 mıknatıslı) 3 yuvalı (3 bobinli) motorun bir örneğidir.Aynı sayıda kutup ve yuvaya sahip fırçalı motor yapısına benzer ancak bobin tarafı sabittir ve mıknatıslar dönebilmektedir.Tabii ki fırça yok.

Bu durumda bobin, bobine akım sağlamak için bir yarı iletken eleman kullanılarak Y bağlantılıdır ve akımın girişi ve çıkışı, dönen mıknatısın konumuna göre kontrol edilir.Bu örnekte mıknatısın konumunu tespit etmek için bir Hall elemanı kullanılmıştır.Hall elemanı bobinler arasına yerleştirilerek, üretilen gerilim manyetik alanın şiddetine göre algılanarak konum bilgisi olarak kullanılır.Daha önce verilen FDD iş mili motorunun görüntüsünde, bobin ile bobin arasında konum tespiti için bir Hall elemanının (bobin üstünde) olduğu da görülebilmektedir.

Hall elemanları iyi bilinen manyetik sensörlerdir.Manyetik alanın büyüklüğü voltajın büyüklüğüne dönüştürülebilir ve manyetik alanın yönü pozitif veya negatif olarak ifade edilebilir.Aşağıda Hall etkisini gösteren şematik bir diyagram bulunmaktadır.

Salon elemanları şu olgudan yararlanır: "bir akım olduğunda_{H bir yarı iletken içinden akar ve bir manyetik akı B akıma dik açıyla geçer, bir V voltajıH}akıma ve manyetik alana dik yönde üretilir“, Amerikalı fizikçi Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) bu fenomeni keşfetti ve buna “Hall etkisi” adını verdi.Ortaya çıkan voltaj V_Haşağıdaki formülle temsil edilir.

V_H= (K_H/ d)・Ben_H・B ※K_H: Hall katsayısı, d: manyetik akı nüfuz yüzeyinin kalınlığı

Formülün gösterdiği gibi, akım ne kadar yüksek olursa voltaj da o kadar yüksek olur.Bu özellik genellikle rotorun (mıknatıs) konumunu tespit etmek için kullanılır.

Üç fazlı tam dalga fırçasız motorun dönme prensibi

Fırçasız motorun dönme prensibi aşağıdaki ① ila ⑥ adımlarında açıklanacaktır.Kolay anlaşılması için, kalıcı mıknatıslar burada dairelerden dikdörtgenlere basitleştirilmiştir.

①

Üç fazlı bobinlerden 1. bobinin saat 12 yönünde, 2. bobinin saat 4 yönünde ve 3. bobinin saatin 4 yönünde sabitlendiği varsayılmaktadır. saatin 8 yönünde.2 kutuplu kalıcı mıknatısın N kutbu solda, S kutbu sağda olsun ve döndürülebilir.

Bobinin dışında bir S-kutuplu manyetik alan oluşturmak için bobine (1) bir Io akımı akar.Io/2 akımı, bobinin dışında N-kutuplu bir manyetik alan oluşturmak için Bobin 2 ve Bobin 3'ten akacak şekilde yapılır.

Bobin 2 ve bobin 3'ün manyetik alanları vektörleştirildiğinde, aşağıya doğru bir N-kutuplu manyetik alan oluşturulur; bu, Io akımı bir bobinden geçtiğinde oluşturulan manyetik alanın boyutunun 0,5 katıdır ve eklendiğinde 1,5 kat daha büyüktür. Bobin 1'in manyetik alanına.Bu, kalıcı mıknatısa 90° açıyla sonuçta ortaya çıkan bir manyetik alan oluşturur, böylece maksimum tork üretilebilir, kalıcı mıknatıs saat yönünde döner.

Dönme konumuna göre bobin 2'nin akımı azaltılıp bobin 3'ün akımı artırıldığında ortaya çıkan manyetik alan da saat yönünde döner ve kalıcı mıknatıs da dönmeye devam eder.

②

30° döndürülmüş durumda, Io akımı bobine (1) akar, bobindeki (2) akım sıfırlanır ve akım Io bobinden (3) dışarı akar.

Bobinin (1) dış tarafı S kutbu olur ve bobinin (3) dış tarafı N kutbu olur.Vektörler birleştirildiğinde ortaya çıkan manyetik alan, Io akımı bir bobinden geçtiğinde üretilen manyetik alanın √3 (≈1,72) katıdır.Bu aynı zamanda kalıcı mıknatısın manyetik alanına 90° açıyla sonuç olarak bir manyetik alan üretir ve saat yönünde döner.

Bobinin (1) giriş akımı Io dönme konumuna göre azaltıldığında, bobinin (2) giriş akımı sıfırdan artırılır ve bobinin (3) çıkış akımı Io'ya yükseltildiğinde ortaya çıkan manyetik alan da saat yönünde döner, ve kalıcı mıknatıs da dönmeye devam ediyor.

※Her faz akımının sinüzoidal bir dalga formu olduğu varsayılırsa buradaki akım değeri Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 olur. Manyetik alanın vektör sentezi yoluyla toplam manyetik alan boyutu ( √) olarak elde edilir. 3⁄2)²× 2=1,5 katı.Her faz akımı bir sinüs dalgası olduğunda, kalıcı mıknatısın konumuna bakılmaksızın, vektör kompozit manyetik alanın büyüklüğü, bir bobin tarafından üretilen manyetik alanın 1,5 katıdır ve manyetik alan, göreceli olarak 90° açıdadır. kalıcı mıknatısın manyetik alanına.

③

30° dönmeye devam edilmesi durumunda, Io/2 akımı bobinin (1) içine akar, Io/2 akımı bobinin (2) içine akar ve Io akımı bobinin (3) dışına akar.

Bobinin (1) dış kısmı S kutbu olur, bobinin (2) dış kısmı da S kutbu olur ve bobinin (3) dış tarafı N kutbu olur.Vektörler birleştirildiğinde ortaya çıkan manyetik alan, bir bobinden Io akımı geçtiğinde üretilen manyetik alanın 1,5 katıdır (① ile aynı).Burada da kalıcı mıknatısın manyetik alanına göre 90°'lik bir açıyla ortaya çıkan bir manyetik alan oluşturulur ve saat yönünde döner.

④～⑥

①'den ③'ye kadar aynı şekilde döndürün.

Bu sayede bobine akan akım sürekli mıknatısın konumuna göre sıralı olarak anahtarlanırsa kalıcı mıknatıs sabit bir yönde dönecektir.Aynı şekilde, akım akışını ters çevirip ortaya çıkan manyetik alanı da tersine çevirirseniz saat yönünün tersine dönecektir.

Aşağıdaki şekil, yukarıdaki ① ila ⑥ adımlarındaki her bobinin akımını sürekli olarak göstermektedir.Yukarıdaki giriş sayesinde mevcut değişim ile rotasyon arasındaki ilişkiyi anlamak mümkün olmalıdır.

step motor

Adım motoru, bir darbe sinyaliyle senkronize olarak dönüş açısını ve hızını doğru bir şekilde kontrol edebilen bir motordur. Step motora aynı zamanda “darbe motoru” da denir.Adım motorları, konum sensörleri kullanılmadan yalnızca açık döngü kontrolü yoluyla doğru konumlandırmayı başarabildiğinden, konumlandırma gerektiren ekipmanlarda yaygın olarak kullanılırlar.

Step motorun yapısı (iki fazlı bipolar)

Soldan sağa aşağıdaki şekiller, adım motorunun görünümünün bir örneği, iç yapının şematik diyagramı ve yapı konseptinin şematik diyagramıdır.

Görünüm örneğinde HB (Hibrit) tipi ve PM (Sabit Mıknatıslı) tipi adım motorunun görünümü verilmiştir.Ortadaki yapı şeması aynı zamanda HB tipi ve PM tipinin yapısını da göstermektedir.

Adım motoru, bobinin sabitlendiği ve kalıcı mıknatısın döndüğü bir yapıdır.Sağdaki bir step motorun iç yapısının kavramsal diyagramı, iki fazlı (iki takım) bobin kullanan bir PM motor örneğidir.Adım motorunun temel yapısı örneğinde bobinler dış tarafa, kalıcı mıknatıslar ise iç tarafa yerleştirilmiştir.İki fazlı bobinlerin yanı sıra, daha fazla faza sahip üç fazlı ve beş fazlı tipleri de bulunmaktadır.

Bazı step motorların farklı yapıları vardır ancak çalışma prensibinin tanıtımını kolaylaştırmak için bu makalede step motorun temel yapısı verilmiştir.Bu makale sayesinde, adım motorunun temel olarak sabit bobin ve dönen kalıcı mıknatıs yapısını benimsediğini anlamayı umuyorum.

Step motorun temel çalışma prensibi (tek fazlı uyarma)

Aşağıdaki şekil bir step motorun temel çalışma prensibini tanıtmak için kullanılmıştır.Bu, yukarıdaki iki fazlı bipolar bobinin her fazı (bobin seti) için bir uyarma örneğidir.Bu diyagramın dayanağı, durumun ①'den ④'ye değişmesidir.Bobin sırasıyla Bobin 1 ve Bobin 2'den oluşur.Ayrıca mevcut oklar mevcut akış yönünü gösterir.

①

• Akım bobinin (1) sol tarafından akar ve bobinin (1) sağ tarafından dışarı akar.
• Bobin 2'den akımın geçmesine izin vermeyin.
• Bu sırada sol bobinin (1) iç tarafı N olur ve sağ bobinin (1) iç tarafı S olur.
• Bu nedenle ortadaki kalıcı mıknatıs, bobin 1'in manyetik alanı tarafından çekilerek sol S ve sağ N durumu haline gelir ve durur.

  ②

• Bobinin (1) akımı durdurulur ve akım, bobinin (2) üst tarafından içeri akar ve bobinin (2) alt tarafından dışarı akar.
• Üst bobinin (2) iç tarafı N olur ve alt bobinin (2) iç tarafı S olur.
• Kalıcı mıknatıs, manyetik alanı tarafından çekilir ve saat yönünde 90° dönerek durur.

  ③

• Bobinin (2) akımı durdurulur ve akım, bobinin (1) sağ tarafından içeri akar ve bobinin (1) sol tarafından dışarı akar.
• Sol bobinin (1) iç tarafı S olur ve sağ bobinin (1) iç tarafı N olur.
• Kalıcı mıknatıs, manyetik alanı tarafından çekilir ve saat yönünde 90° daha dönerek durur.

  ④

• Bobinin (1) akımı durdurulur ve akım, bobinin (2) alt tarafından içeri akar ve bobinin (2) üst tarafından dışarı akar.
• Üst bobinin (2) iç tarafı S olur ve alt bobinin (2) iç tarafı N olur.
• Kalıcı mıknatıs, manyetik alanı tarafından çekilir ve saat yönünde 90° daha dönerek durur.