Gotovo polovinu svjetske potrošnje energije troše motori, pa se visoka efikasnost motora naziva najefikasnijom mjerom za rješavanje svjetskih energetskih problema.
Uopšteno govoreći, odnosi se na transformaciju sile koju stvara struja koja teče u magnetskom polju u rotacijsko djelovanje, au širem smislu uključuje i linearno djelovanje.Prema vrsti napajanja koju pokreće motor, može se podijeliti na DC motor i AC motor.Prema principu rotacije motora, može se grubo podijeliti u sljedeće kategorije.(osim specijalnih motora)
AC AC motor Četkani motor: Široko korišteni brušeni motor općenito se naziva DC motor.Elektroda koja se zove "četka" (strana statora) i "komutator" (strana armature) su uzastopno u kontaktu kako bi se prebacila struja, čime se vrši rotacija.DC motor bez četkica: Ne trebaju mu četke i komutatori, ali koristi funkcije prebacivanja kao što su tranzistori za prebacivanje struje i rotaciju.Koračni motor: Ovaj motor radi sinhrono sa impulsnom snagom, pa se naziva i pulsni motor.Njegova karakteristika je da lako može realizovati tačnu operaciju pozicioniranja.Asinhroni motor: Naizmjenična struja čini da stator proizvodi rotirajuće magnetsko polje, zbog čega rotor proizvodi induciranu struju i rotira pod svojom interakcijom.AC (alternational current) motor Sinhroni motor: naizmjenična struja stvara rotirajuće magnetsko polje, a rotor sa magnetnim polovima rotira zbog privlačenja.Brzina rotacije je sinkronizirana sa frekvencijom napajanja.
O struji, magnetnom polju i sili Prije svega, da bismo olakšali sljedeće objašnjenje principa motora, pogledajmo osnovne zakone/pravila o struji, magnetnom polju i sili.Iako postoji osjećaj nostalgije, lako je zaboraviti ovo znanje ako magnetske komponente ne koristite često.
Kako se motor okreće?1) motor se rotira uz pomoć magneta i magnetske sile.Oko trajnog magneta sa rotirajućim vratilom, ① rotirajte magnet (da biste stvorili rotirajuće magnetsko polje), ② prema principu da različiti polovi N pola i S pola privlače, a isti nivo odbijaju, ③ magnet sa rotirajuća osovina će se okretati.
Struja koja teče u žici uzrokuje rotirajuće magnetsko polje (magnetnu silu) oko nje, tako da se magnet rotira, što je zapravo isto stanje djelovanja kao i ovo.
Osim toga, kada se žica namota u zavojnicu, sintetizira se magnetska sila, formirajući veliki fluks magnetskog polja (magnetski fluks), što rezultira N-polom i S-polom.Osim toga, umetanjem željeznog jezgra u provodnik u obliku zavojnice, linije magnetnog polja postaju lako proći kroz njih i mogu generirati jaču magnetnu silu.2) Stvarni rotirajući motor Ovdje se, kao praktična metoda rotacije električne mašine, uvodi metoda izrade rotacionog magnetnog polja korištenjem trofazne naizmjenične struje i zavojnice.(Trofazni AC je AC signal sa faznim intervalom od 120.) Zavojnice namotane oko željeznog jezgra podijeljene su u tri faze, a U-fazni zavojnici, V-fazni zavojnici i W-fazni zavojnici su raspoređeni u intervalima od 120. Zavojnice sa visokim naponom generišu N polova, a zavojnice sa niskim naponom generišu S polova.Svaka faza se mijenja u skladu sa sinusnim valom, tako da će se promijeniti polaritet (N pol, S pol) koji generiše svaka zavojnica i njeno magnetsko polje (magnetna sila).U ovom trenutku samo pogledajte zavojnice koje generiraju N polova i promijenite ih redoslijedom U-fazni kalem →V-fazni kalem →W-fazni namotaj →U-fazni zavojnik, tako da se rotiraju.Struktura malog motora Sljedeća slika prikazuje opću strukturu i usporedbu koračnog motora, brušenog DC motora i DC motora bez četkica.Osnovne komponente ovih motora su uglavnom zavojnice, magneti i rotori.Osim toga, zbog različitih tipova, dijele se na fiksni tip zavojnice i tip fiksnog magneta.
Ovdje je magnet DC motora s četkicom fiksiran izvana, a zavojnica se rotira iznutra.Četkica i komutator su odgovorni za napajanje zavojnice i promjenu smjera struje.Ovdje je zavojnica motora bez četkica fiksirana izvana, a magnet rotira iznutra.Zbog različitih tipova motora, njihove strukture su različite čak i ako su osnovne komponente iste.To će biti detaljno objašnjeno u svakom dijelu.Brušeni motor Struktura motora s četkicom Sljedeći je izgled brušenog DC motora koji se često koristi u modelu, i eksplodirani šematski dijagram običnog dvopolnog (dva magneta) motora s tri proreza (tri zavojnice).Možda mnogi ljudi imaju iskustvo rastavljanja motora i vađenja magneta.Može se vidjeti da je trajni magnet četkistog DC motora fiksiran, a zavojnica četkičnog DC motora može rotirati oko unutrašnjeg centra.Fiksna strana se naziva "stator", a rotirajuća strana se naziva "rotor".
Princip rotacije motora četkice ① Rotirajte u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od početnog stanja Zavojnica A je na vrhu, spajajući napajanje na četkicu, i neka lijeva strana bude (+), a desna (-).Velika struja teče od lijeve četke do zavojnice A kroz komutator.Ovo je struktura u kojoj gornji dio (vanjski) zavojnice A postaje S pol.Budući da 1/2 struje zavojnice A teče od lijeve četke do zavojnice B i zavojnice C u suprotnom smjeru od zavojnice A, vanjske strane zavojnice B i zavojnice C postaju slabi N polovi (označeni nešto manjim slovima u slika).Magnetno polje stvoreno u ovim zavojnicama i odbijanje i privlačenje magneta čine da se zavojnice rotiraju u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.② dalje okretanje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.Zatim se pretpostavlja da je desna četkica u kontaktu sa dva komutatora u stanju da se zavojnica A rotira u suprotnom smeru kazaljke na satu za 30 stepeni.Struja zavojnice A neprekidno teče od lijeve četke do desne četke, a vanjska strana zavojnice drži S pol.Kroz zavojnicu B teče ista struja kao i zavojnica A, a vanjska strana zavojnice B postaje jači N-pol.Pošto su oba kraja zavojnice C kratko spojena četkicama, struja ne teče i ne stvara se magnetno polje.Čak i u ovom slučaju, on će biti podvrgnut sili rotacije u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.Od ③ do ④, gornji kalem kontinuirano prima silu koja se kreće ulijevo, a donji kalem kontinuirano prima silu koja se kreće udesno i nastavlja da se rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.Kada se zavojnica rotira na ③ i ④ svakih 30 stepeni, kada se zavojnica nalazi iznad centralne horizontalne ose, vanjska strana zavojnice postaje S pol;Kada se zavojnica nalazi ispod, postaje N pol, i ovo kretanje se ponavlja.Drugim riječima, gornji kalem je više puta izložen sili koja se kreće ulijevo, a donji kalem je više puta izložen sili koja se kreće udesno (obje suprotno od kazaljke na satu).To uzrokuje da se rotor uvijek okreće suprotno od kazaljke na satu.Ako je napajanje spojeno na suprotnu lijevu četkicu (-) i desnu četkicu (+), u zavojnici će se generirati magnetsko polje suprotnih smjerova, tako da je smjer sile primijenjene na zavojnicu također suprotan, okrećući se u smjeru kazaljke na satu. .Osim toga, kada je napajanje isključeno, rotor motora četke će prestati da se okreće jer nema magnetnog polja koje bi ga održavalo u rotaciji.Trofazni punovalni motor bez četkica Izgled i struktura trofaznog punovalnog motora bez četkica
Dijagram unutrašnje strukture i ekvivalentno kolo spoja zavojnice trofaznog punovalnog motora bez četkica Sljedeći je šematski dijagram unutrašnje strukture i ekvivalentna shema spoja zavojnice.Dijagram unutrašnje strukture je jednostavan primjer 2-polnog (2 magneta) 3-slota (3 zavojnice) motora.Slična je strukturi motora sa četkom sa istim brojem polova i utora, ali je strana zavojnice fiksirana i magnet se može rotirati.Naravno, nema četke.U ovom slučaju, zavojnica usvaja metodu Y-veze, a poluvodički element se koristi za dovod struje u zavojnicu, a dotok i odliv struje se kontroliraju prema položaju rotacionog magneta.U ovom primjeru, Hallov element se koristi za detekciju položaja magneta.Holov element je raspoređen između zavojnica i detektuje generisani napon prema jačini magnetnog polja i koristi ga kao informaciju o položaju.Na slici FDD vretena motora datoj ranije, također se može vidjeti da postoji Hallov element (iznad zavojnice) između zavojnice i zavojnice za detekciju položaja.Hall element je dobro poznati magnetni senzor.Veličina magnetnog polja može se pretvoriti u veličinu napona, a smjer magnetskog polja može se predstaviti pozitivnim i negativnim.
Princip rotacije trofaznog punovalnog motora bez četkica Zatim će biti objašnjen princip rotacije motora bez četkica prema koracima ① ~ ⑥.Radi lakšeg razumijevanja, trajni magnet je ovdje pojednostavljen od kružnog do pravokutnog.① U trofaznoj zavojnici, neka zavojnica 1 bude fiksirana u smjeru sata od 12 sati, zavojnica 2 fiksirana u smjeru 4 sata sata, a zavojnica 3 fiksirana u smjeru 8 sat smjera sata.Neka je N pol 2-polnog permanentnog magneta na lijevoj, a S pol na desnoj, i može se rotirati.Struja Io teče u zavojnicu 1 da stvori magnetno polje S-pola izvan zavojnice.Io/2 struja teče iz zavojnice 2 i zavojnice 3 kako bi se stvorilo N-polno magnetsko polje izvan zavojnice.Kada su magnetna polja zavojnice 2 i zavojnice 3 vektorski sintetizirana, N-polno magnetno polje se generira prema dolje, što je 0,5 puta veće od veličine magnetskog polja nastalog kada struja Io prolazi kroz jednu zavojnicu i kada se doda magnetskom polje zavojnice 1, postaje 1,5 puta.Ovo će proizvesti kompozitno magnetno polje sa uglom od 90 u odnosu na trajni magnet, tako da se može generisati maksimalni obrtni moment i permanentni magnet rotira u smeru kazaljke na satu.Kada se struja zavojnice 2 smanji, a struja zavojnice 3 poveća u skladu s položajem rotacije, rezultujuće magnetsko polje također rotira u smjeru kazaljke na satu, a permanentni magnet također nastavlja da rotira.② Kada se zakrene za 30 stepeni, struja Io teče u zavojnicu 1, tako da je struja u zavojnici 2 nula, a struja Io teče iz zavojnice 3. Vanjska strana zavojnice 1 postaje S pol, a vanjska strana zavojnice 3 postaje N pol.Kada se vektori kombinuju, generisano magnetno polje je √3(≈1,72) puta više nego kada struja Io prođe kroz zavojnicu.Ovo će također proizvesti rezultantno magnetno polje pod uglom od 90 u odnosu na magnetsko polje trajnog magneta i rotirati u smjeru kazaljke na satu.Kada se ulazna struja Io zavojnice 1 smanji u skladu s položajem rotacije, ulazna struja zavojnice 2 se povećava od nule, a izlazna struja zavojnice 3 se poveća na Io, rezultirajuće magnetsko polje također rotira u smjeru kazaljke na satu, a permanentni magnet nastavlja da rotira.Uz pretpostavku da je svaka fazna struja sinusoidna, trenutna vrijednost ovdje je io× sin (π 3) = io× √ 32. Kroz vektorsku sintezu magnetnog polja, ukupno magnetno polje je (√ 32) 2× 2 = 1,5 puta veće od magnetno polje koje stvara zavojnica.※.Kada je svaka fazna struja sinusna, bez obzira na to gdje se permanentni magnet nalazi, veličina vektorskog kompozitnog magnetnog polja je 1,5 puta veća od magnetnog polja koje stvara zavojnica, a magnetsko polje formira ugao od 90 stepeni u odnosu na magnetsko polje trajnog magneta.③ U stanju da se nastavlja rotirati za 30 stepeni, struja Io/2 teče u zavojnicu 1, struja Io/2 teče u zavojnicu 2, a struja Io teče iz zavojnice 3. Vanjska strana zavojnice 1 postaje S pol , vanjska strana zavojnice 2 postaje S pol, a vanjska strana zavojnice 3 postaje N pol.Kada se vektori kombinuju, generisano magnetno polje je 1,5 puta veće od generisanog kada struja Io teče kroz zavojnicu (isto kao ①).Ovdje će se sintetičko magnetsko polje pod uglom od 90 stepeni u odnosu na magnetsko polje trajnog magneta također generirati i rotirati u smjeru kazaljke na satu.④～⑥ Rotirajte na isti način kao ① ~ ③.Na taj način, ako se struja koja teče u zavojnicu kontinuirano mijenja u skladu s položajem trajnog magneta, permanentni magnet će se rotirati u fiksnom smjeru.Slično, ako struja teče u suprotnom smjeru i sintetičko magnetsko polje je obrnuto, ono će se rotirati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.Sljedeća slika prikazuje struju svake zavojnice u svakom koraku od ① do ⑥.Kroz gornji uvod, trebali bismo biti u stanju razumjeti odnos između trenutne promjene i rotacije.stepmotor Koračni motor je vrsta motora koji može kontrolirati kut rotacije i brzinu sinhrono i precizno s impulsnim signalom.Koračni motor se još naziva i "pulsni motor".Koračni motor se široko koristi u opremi kojoj je potrebno pozicioniranje jer može ostvariti precizno pozicioniranje samo kroz kontrolu otvorene petlje bez korištenja senzora položaja.Struktura koračnog motora (dvofazni bipolarni) U primjerima izgleda dat je izgled koračnih motora HB (hibrid) i PM (permanentni magnet).Strukturni dijagram u sredini takođe pokazuje strukturu HB i PM.Koračni motor je struktura sa fiksnim namotajem i rotirajućim permanentnim magnetom.Konceptualni dijagram unutrašnje strukture koračnog motora na desnoj strani je primjer PM motora koji koristi dvofazne (dvije grupe) zavojnice.U osnovnom primjeru strukture koračnog motora, zavojnica je postavljena izvana, a permanentni magnet je raspoređen iznutra.Pored dvije faze, postoji mnogo vrsta zavojnica sa tri faze i pet jednakih faza.Neki koračni motori imaju i druge različite strukture, ali kako bi se predstavio njihov princip rada, ovaj rad daje osnovnu strukturu koračnih motora.Nadam se da ću kroz ovaj članak shvatiti da koračni motor u osnovi usvaja strukturu fiksacije zavojnice i rotacije permanentnog magneta.Osnovni princip rada koračnog motora (monofazna pobuda) U nastavku se koristi za predstavljanje osnovnog principa rada koračnog motora.① Struja teče sa lijeve strane zavojnice 1 i izlazi s desne strane zavojnice 1. Ne dozvolite da struja teče kroz zavojnicu 2. U ovom trenutku, unutrašnjost lijevog namotaja 1 postaje N, a unutrašnjost desni kalem 1 postaje S.. Dakle, srednji permanentni magnet privlači magnetsko polje zavojnice 1, i zaustavlja se u stanju leve strane S i desne strane N.. ② Zaustavite struju u zavojnici 1, tako da struja ulazi sa gornje strane zavojnice 2 i izlazi sa donje strane zavojnice 2. Unutrašnja strana gornjeg namotaja 2 postaje N, a unutrašnja strana donjeg namotaja 2 postaje S.. Trajni magnet je privučen svojim magnetnim poljem i prestaje da se rotira za 90 u smeru kazaljke na satu.③ Zaustavite struju u zavojnici 2, tako da struja ulazi sa desne strane namotaja 1 i izlazi sa leve strane namotaja 1. Unutrašnjost levog kalema 1 postaje S, a unutrašnjost desnog namotaja 1 postaje N.. Trajni magnet privlači svoje magnetno polje i rotira se u smeru kazaljke na satu za još 90 stepeni da bi se zaustavio.④ Zaustavite struju u zavojnici 1, tako da struja ulazi sa donje strane zavojnice 2 i izlazi sa gornje strane zavojnice 2. Unutrašnjost gornjeg namotaja 2 postaje S, a unutrašnjost donji kalem 2 postaje N.. Trajni magnet privlači svoje magnetno polje, i rotira se u smeru kazaljke na satu za još 90 stepeni da se zaustavi.Koračni motor se može rotirati prebacivanjem struje koja teče kroz zavojnicu gore navedenim redoslijedom od ① do ④ kroz elektronsko kolo.U ovom primjeru, svaka radnja prekidača će rotirati koračni motor za 90. Osim toga, kada struja kontinuirano teče kroz određeni kalem, može zadržati stanje zaustavljanja i učiniti da koračni motor ima obrtni moment.Usput, ako je struja koja teče kroz zavojnicu obrnuta, koračni motor se može rotirati u suprotnom smjeru.
