Takmer polovicu svetovej spotreby energie spotrebujú motory, preto sa vysoká účinnosť motorov nazýva najúčinnejším opatrením na riešenie svetových energetických problémov.
Všeobecne povedané, ide o transformáciu sily generovanej prúdom pretekajúcim v magnetickom poli na rotačné pôsobenie a v širšom zmysle zahŕňa aj lineárne pôsobenie.Podľa typu napájacieho zdroja poháňaného motorom ho možno rozdeliť na jednosmerný motor a striedavý motor.Podľa princípu otáčania motora ho možno zhruba rozdeliť do nasledujúcich kategórií.(okrem špeciálnych motorov)
Striedavý striedavý motor Kartáčovaný motor: Široko používaný kartáčovaný motor sa všeobecne nazýva jednosmerný motor.Elektróda nazývaná „kefa“ (strana statora) a „komutátor“ (strana kotvy) sú postupne kontaktované, aby spínali prúd, čím sa vykonáva rotačná činnosť.Bezkefkový jednosmerný motor: Nepotrebuje kefy a komutátory, ale využíva spínacie funkcie, ako sú tranzistory na spínanie prúdu a otáčanie.Krokový motor: Tento motor pracuje synchrónne s impulzným výkonom, preto sa nazýva aj impulzný motor.Jeho charakteristikou je, že môže ľahko realizovať presné polohovanie.Asynchrónny motor: Striedavý prúd spôsobuje, že stator vytvára rotujúce magnetické pole, vďaka čomu rotor produkuje indukovaný prúd a otáča sa pod jeho interakciou.AC (striedavý prúd) motor Synchrónny motor: striedavý prúd vytvára rotujúce magnetické pole a rotor s magnetickými pólmi sa otáča vplyvom príťažlivosti.Rýchlosť otáčania je synchronizovaná s frekvenciou napájania.
O prúde, magnetickom poli a sile Najprv, aby sme si uľahčili nasledujúce vysvetlenie princípu motora, zopakujme si základné zákony/pravidlá o prúde, magnetickom poli a sile.Hoci je tu cítiť nostalgiu, je ľahké na tento poznatok zabudnúť, ak magnetické komponenty často nepoužívate.
Ako sa motor otáča?1) motor sa otáča pomocou magnetov a magnetickej sily.Okolo permanentného magnetu s otočným hriadeľom ① otáčajte magnetom (aby sa generovalo točivé magnetické pole), ② podľa princípu, že rôzne póly pólu N a pólu S sa priťahujú a na rovnakej úrovni odpudzujú, ③ magnet s rotujúci hriadeľ sa bude otáčať.
Prúd pretekajúci drôtom spôsobuje okolo neho rotujúce magnetické pole (magnetickú silu), takže magnet rotuje, čo je vlastne rovnaký akčný stav ako tento.
Okrem toho, keď je drôt navinutý do cievky, magnetická sila sa syntetizuje, čím sa vytvorí veľký tok magnetického poľa (magnetický tok), výsledkom čoho je N-pól a S-pól.Okrem toho vložením železného jadra do vodiča v tvare cievky sa siločiary magnetického poľa stanú ľahko priechodnými a môžu generovať silnejšiu magnetickú silu.2) Skutočný rotačný motor Tu sa ako praktická metóda otáčania elektrického stroja uvádza spôsob výroby rotačného magnetického poľa pomocou trojfázového striedavého prúdu a cievky.(Trojfázový AC je signál AC s fázovým intervalom 120.) Cievky navinuté okolo železného jadra sú rozdelené do troch fáz a cievky fázy U, cievky V a cievky W sú usporiadané v intervaloch 120. Cievky s vysokým napätím generujú N pólov a cievky s nízkym napätím generujú S pólov.Každá fáza sa mení podľa sínusovej vlny, takže sa zmení polarita (N pól, S pól) generovaná každou cievkou a jej magnetické pole (magnetická sila).Teraz sa len pozrite na cievky, ktoré generujú N pólov, a zmeňte ich v poradí U-fázová cievka →V-fázová cievka →W-fázová cievka →U-fáza, čím sa otáčajú.Konštrukcia malého motora Nasledujúci obrázok ukazuje všeobecnú štruktúru a porovnanie krokového motora, kartáčovaného jednosmerného motora a bezkomutátorového jednosmerného motora.Základnými komponentmi týchto motorov sú hlavne cievky, magnety a rotory.Okrem toho sa kvôli rôznym typom delia na cievkový pevný typ a magnetový pevný typ.
Tu je magnet kefového jednosmerného motora pripevnený zvonku a cievka sa otáča zvnútra.Kefa a komutátor sú zodpovedné za napájanie cievky a zmenu smeru prúdu.Tu je cievka bezkomutátorového motora upevnená na vonkajšej strane a magnet sa otáča vo vnútri.Kvôli rôznym typom motorov sa ich štruktúra líši, aj keď sú základné komponenty rovnaké.V každej časti to bude podrobne vysvetlené.Kartáčovaný motor Štruktúra kefového motora Nasleduje vzhľad kartáčovaného jednosmerného motora, ktorý sa často používa v modeli, a rozložený schematický diagram bežného dvojpólového (dva magnety) trojštrbinového (tri cievky) motora.Možno veľa ľudí má skúsenosť s rozoberaním motora a vyberaním magnetu.Je vidieť, že permanentný magnet kefového jednosmerného motora je pevný a cievka kefového jednosmerného motora sa môže otáčať okolo vnútorného stredu.Pevná strana sa nazýva „stator“ a rotačná strana sa nazýva „rotor“.
Princíp otáčania motora kefy ① Otáčajte proti smeru hodinových ručičiek z počiatočného stavu Cievka A je navrchu, pripája napájanie ku kefe a nechajte ľavú stranu (+) a pravú stranu (-).Veľký prúd tečie z ľavej kefy do cievky A cez komutátor.Toto je štruktúra, v ktorej sa horná časť (vonkajšia) cievky A stáva pólom S.Pretože 1/2 prúdu cievky A tečie z ľavej kefy do cievky B a cievky C v opačnom smere k cievke A, vonkajšie strany cievky B a cievky C sa stanú slabými N pólmi (označené o niečo menšími písmenami v obrázok).Magnetické pole generované v týchto cievkach a odpudzovanie a priťahovanie magnetov spôsobujú, že sa cievky otáčajú proti smeru hodinových ručičiek.② ďalšie otáčanie proti smeru hodinových ručičiek.Ďalej sa predpokladá, že pravá kefa je v kontakte s dvoma komutátormi v stave, keď sa cievka A otáča proti smeru hodinových ručičiek o 30 stupňov.Prúd cievky A nepretržite tečie z ľavej kefy do pravej kefy a vonkajšia strana cievky udržuje pól S.Rovnaký prúd ako cievkou A preteká cez cievku B a vonkajšia strana cievky B sa stáva silnejším N-pólom.Pretože oba konce cievky C sú skratované kefami, netečie žiadny prúd a nevytvára sa žiadne magnetické pole.Aj v tomto prípade bude vystavený sile otáčania proti smeru hodinových ručičiek.Od ③ do ④ horná cievka nepretržite prijíma silu pohybujúcu sa doľava a spodná cievka nepretržite prijíma silu pohybujúcu sa doprava a pokračuje v otáčaní proti smeru hodinových ručičiek.Keď sa cievka otočí o ③ a ④ každých 30 stupňov, keď je cievka umiestnená nad stredovou horizontálnou osou, vonkajšia strana cievky sa zmení na S pól;Keď je cievka umiestnená nižšie, stáva sa N pólom a tento pohyb sa opakuje.Inými slovami, horná cievka je opakovane vystavená sile pohybujúcej sa doľava a spodná cievka je opakovane vystavená sile pohybujúcej sa doprava (obe proti smeru hodinových ručičiek).To spôsobí, že sa rotor vždy otáča proti smeru hodinových ručičiek.Ak je napájací zdroj pripojený k protiľahlej ľavej kefke (-) a pravej kefke (+), v cievke sa vytvorí magnetické pole s opačným smerom, takže smer sily pôsobiacej na cievku je tiež opačný, otáča sa v smere hodinových ručičiek .Okrem toho, keď sa odpojí napájanie, rotor motora kefy sa prestane otáčať, pretože neexistuje žiadne magnetické pole, ktoré by ho udržalo v rotácii.Trojfázový plnovlnný bezkomutátorový motor Vzhľad a štruktúra trojfázového plnovlnného bezkomutátorového motora
Schéma vnútornej štruktúry a ekvivalentný obvod zapojenia cievky trojfázového plnovlnného bezkomutátorového motora Ďalej je schéma vnútornej štruktúry a ekvivalentná schéma zapojenia cievky.Schéma vnútornej štruktúry je jednoduchým príkladom 2-pólového (2 magnety) 3-slotového (3 cievky) motora.Je podobná konštrukcii motora kefy s rovnakým počtom pólov a štrbín, ale strana cievky je pevná a magnet sa môže otáčať.Samozrejme, nie je tam žiadny štetec.V tomto prípade cievka využíva metódu pripojenia Y a polovodičový prvok sa používa na dodávanie prúdu do cievky a prítok a odtok prúdu sa riadi podľa polohy rotujúceho magnetu.V tomto príklade sa na zistenie polohy magnetu používa Hallov prvok.Hallov prvok je usporiadaný medzi cievkami a detekuje generované napätie podľa intenzity magnetického poľa a používa ho ako informáciu o polohe.Na obrázku FDD vretenového motora uvedeného vyššie je tiež vidieť, že medzi cievkou a cievkou je Hallov prvok (nad cievkou) na detekciu polohy.Hallov prvok je známy magnetický snímač.Veľkosť magnetického poľa môže byť prevedená na veľkosť napätia a smer magnetického poľa môže byť vyjadrený ako kladný alebo záporný.
Princíp otáčania trojfázového plnovlnného bezkomutátorového motora Ďalej bude vysvetlený princíp otáčania bezkomutátorového motora podľa krokov ① ~ ⑥.Pre ľahké pochopenie je tu permanentný magnet zjednodušený z kruhového na obdĺžnikový.① V trojfázovej cievke nechajte cievku 1 upevniť v smere 12 hodín hodín, cievku 2 upevnite v smere 4 hodín a cievku 3 upevnite v smere 8 hodín. smer hodín.Nech je N pól 2-pólového permanentného magnetu vľavo a pól S vpravo a môže sa otáčať.Prúd Io prúdi do cievky 1, aby vytvoril magnetické pole S-pólu mimo cievky.Prúd Io/2 tečie z cievky 2 a cievky 3 a vytvára N-pólové magnetické pole mimo cievky.Keď sú magnetické polia cievky 2 a cievky 3 vektorovo syntetizované, vytvorí sa N-pólové magnetické pole smerom nadol, čo je 0,5-násobok veľkosti magnetického poľa generovaného, keď prúd Io prechádza jednou cievkou, a keď sa pridá k magnetickému poľu. pole cievky 1, stáva sa 1,5-násobkom.Tým sa vytvorí zložené magnetické pole s uhlom 90 vzhľadom na permanentný magnet, takže možno generovať maximálny krútiaci moment a permanentný magnet sa otáča v smere hodinových ručičiek.Keď sa prúd cievky 2 zníži a prúd cievky 3 sa zvýši podľa polohy natočenia, výsledné magnetické pole sa tiež otáča v smere hodinových ručičiek a permanentný magnet tiež pokračuje v otáčaní.② Pri otočení o 30 stupňov prúd Io tečie do cievky 1, takže prúd v cievke 2 je nulový a prúd Io tečie von z cievky 3. Vonkajšia strana cievky 1 sa stáva S pólom, a vonkajšia strana cievky 3 sa stáva N pólom.Keď sa vektory skombinujú, vygenerované magnetické pole je √3(≈1,72) krát väčšie ako generované, keď prúd Io prechádza cievkou.To tiež vytvorí výsledné magnetické pole pod uhlom 90 vzhľadom na magnetické pole permanentného magnetu a otáča sa v smere hodinových ručičiek.Keď sa prítokový prúd Io cievky 1 zníži podľa polohy natočenia, prítokový prúd cievky 2 sa zvýši z nuly a výstupný prúd cievky 3 sa zvýši na Io, výsledné magnetické pole sa tiež otáča v smere hodinových ručičiek, a permanentný magnet sa stále otáča.Za predpokladu, že každý fázový prúd je sínusový, hodnota prúdu je tu io× sin (π 3) = io× √ 32. Prostredníctvom vektorovej syntézy magnetického poľa je celkové magnetické pole (√ 32) 2× 2 = 1,5-násobok magnetické pole generované cievkou.※.Keď je každý fázový prúd sínusový, bez ohľadu na to, kde sa permanentný magnet nachádza, je veľkosť vektorového zloženého magnetického poľa 1,5-násobkom magnetického poľa generovaného cievkou a magnetické pole tvorí 90-stupňový uhol vzhľadom na magnetické pole permanentného magnetu.③ V stave pokračujúceho otáčania o 30 stupňov prúd Io/2 tečie do cievky 1, prúd Io/2 tečie do cievky 2 a prúd Io vyteká z cievky 3. Vonkajšia strana cievky 1 sa stáva S pólom vonkajšia strana cievky 2 sa stáva S pólom a vonkajšia strana cievky 3 sa stáva N pólom.Keď sa vektory skombinujú, generované magnetické pole je 1,5-krát väčšie ako magnetické pole generované, keď prúd Io preteká cievkou (rovnako ako ①).Tu sa tiež vytvorí syntetické magnetické pole s uhlom 90 stupňov voči magnetickému poľu permanentného magnetu, ktoré sa bude otáčať v smere hodinových ručičiek.④～⑥ Otočte rovnakým spôsobom ako ① ~ ③.Týmto spôsobom, ak sa prúd tečúci do cievky plynule prepína podľa polohy permanentného magnetu, permanentný magnet sa bude otáčať v pevnom smere.Podobne, ak prúd tečie v opačnom smere a syntetické magnetické pole sa obráti, bude sa otáčať proti smeru hodinových ručičiek.Nasledujúci obrázok ukazuje prúd každej cievky v každom kroku od ① do ⑥.Prostredníctvom vyššie uvedeného úvodu by sme mali byť schopní pochopiť vzťah medzi aktuálnou zmenou a rotáciou.krokový motor Krokový motor je druh motora, ktorý dokáže synchrónne a presne riadiť uhol otáčania a rýchlosť pomocou impulzného signálu.Krokový motor sa tiež nazýva „impulzný motor“.Krokový motor je široko používaný v zariadeniach, ktoré potrebujú polohovanie, pretože môže realizovať presné polohovanie iba prostredníctvom riadenia s otvorenou slučkou bez použitia snímača polohy.Konštrukcia krokového motora (dvojfázový bipolárny) V príkladoch vzhľadu je uvedený vzhľad krokových motorov HB (hybrid) a PM (permanentný magnet).Štruktúrny diagram v strede ukazuje aj štruktúru HB a PM.Krokový motor je konštrukcia s pevnou cievkou a rotujúcim permanentným magnetom.Koncepčná schéma vnútornej štruktúry krokového motora vpravo je príkladom PM motora s dvojfázovými (dve skupiny) cievok.V základnom príklade konštrukcie krokového motora je cievka umiestnená zvonka a permanentný magnet je usporiadaný zvnútra.Okrem dvoch fáz existuje mnoho typov cievok s tromi fázami a piatimi rovnakými fázami.Niektoré krokové motory majú iné odlišné štruktúry, ale aby sme predstavili ich pracovné princípy, tento dokument uvádza základnú štruktúru krokových motorov.Dúfam, že prostredníctvom tohto článku pochopím, že krokový motor v podstate prijíma štruktúru fixácie cievky a rotácie permanentného magnetu.Základný pracovný princíp krokového motora (jednofázové budenie) Nižšie uvádzame základný pracovný princíp krokového motora.① Prúd tečie z ľavej strany cievky 1 a von z pravej strany cievky 1. Nedovoľte, aby prúd pretekal cez cievku 2. V tomto čase sa vnútro ľavej cievky 1 zmení na N a vnútro cievky pravá cievka 1 sa zmení na S.. Preto je stredný permanentný magnet priťahovaný magnetickým poľom cievky 1 a zastaví sa v stave ľavej strany S a pravej strany N. ② Zastavte prúd v cievke 1, takže prúd prúdi z hornej strany cievky 2 a vyteká zo spodnej strany cievky 2. Vnútorná strana hornej cievky 2 sa zmení na N a vnútorná strana spodnej cievky 2 na S.. Permanentný magnet je priťahovaný magnetickým poľom a prestane sa otáčať o 90 v smere hodinových ručičiek.③ Zastavte prúd v cievke 2, aby prúd tiekol z pravej strany cievky 1 a vytekal z ľavej strany cievky 1. Vnútro ľavej cievky 1 sa zmení na S a vnútro pravej cievky 1 sa zmení na N.. Permanentný magnet je priťahovaný jeho magnetickým poľom a otáča sa v smere hodinových ručičiek o ďalších 90 stupňov, aby sa zastavil.④ Zastavte prúd v cievke 1, aby prúd tiekol zo spodnej strany cievky 2 a vytekal z hornej strany cievky 2. Vnútro hornej cievky 2 sa zmení na S a vnútro cievky spodná cievka 2 sa zmení na N.. Permanentný magnet je priťahovaný jeho magnetickým poľom a otáča sa v smere hodinových ručičiek o ďalších 90 stupňov, aby sa zastavil.Krokový motor možno otáčať prepínaním prúdu pretekajúceho cievkou v uvedenom poradí od ① do ④ cez elektronický obvod.V tomto príklade každá činnosť spínača otočí krokový motor o 90. Okrem toho, keď prúd nepretržite preteká určitou cievkou, môže to udržať stav zastavenia a krokový motor bude mať prídržný moment.Mimochodom, ak je prúd pretekajúci cievkou obrátený, krokový motor sa môže otáčať opačným smerom.
