Skoraj polovico svetovne porabe energije porabijo motorji, zato se visoka učinkovitost motorjev imenuje najučinkovitejši ukrep za reševanje svetovnih energetskih problemov.
Na splošno se nanaša na transformacijo sile, ki jo ustvarja tok, ki teče v magnetnem polju, v rotacijsko delovanje, v širšem smislu pa vključuje tudi linearno delovanje.Glede na vrsto napajalnika, ki ga poganja motor, ga lahko razdelimo na enosmerni in izmenični motor.Glede na princip vrtenja motorja ga lahko grobo razdelimo v naslednje kategorije.(razen posebnih motorjev)
AC AC motor Krtačeni motor: Široko uporabljeni brušeni motor se na splošno imenuje enosmerni motor.Elektroda, imenovana "krtača" (stran statorja) in "komutator" (stran armature), sta zaporedno v stiku, da preklapljata tok, s čimer izvajata rotacijsko delovanje.Brezkrtačni enosmerni motor: Ne potrebuje ščetk in komutatorjev, ampak uporablja preklopne funkcije, kot so tranzistorji za preklop toka in vrtenje.Koračni motor: Ta motor deluje sinhrono z impulzno močjo, zato se imenuje tudi impulzni motor.Njegova značilnost je, da zlahka izvede natančno pozicioniranje.Asinhroni motor: Izmenični tok povzroča, da stator proizvaja vrteče se magnetno polje, zaradi česar rotor proizvaja induciran tok in se vrti pod njegovo interakcijo.AC (izmenični) motor Sinhroni motor: izmenični tok ustvarja vrtljivo magnetno polje, rotor z magnetnimi poli pa se vrti zaradi privlačnosti.Hitrost vrtenja je sinhronizirana s frekvenco moči.
O toku, magnetnem polju in sili Najprej, da bi olajšali naslednjo razlago principa motorja, si oglejmo osnovne zakone/pravila o toku, magnetnem polju in sili.Čeprav je prisoten občutek nostalgije, je to znanje zlahka pozabiti, če magnetnih komponent ne uporabljate pogosto.
Kako se motor vrti?1) motor se vrti s pomočjo magnetov in magnetne sile.Okoli trajnega magneta z vrtečo se gredjo, ① zavrtite magnet (za ustvarjanje vrtljivega magnetnega polja), ② v skladu z načelom, da se različna pola N in S pola privlačita, enaka raven pa odbija, ③ magnet z vrtljiva gred se bo vrtela.
Tok, ki teče v žici, povzroči vrteče se magnetno polje (magnetna sila) okoli nje, tako da se magnet vrti, kar je pravzaprav enako akcijsko stanje kot to.
Poleg tega, ko je žica navita v tuljavo, se sintetizira magnetna sila, ki tvori velik tok magnetnega polja (magnetni tok), kar ima za posledico N-pol in S-pol.Poleg tega z vstavitvijo železnega jedra v prevodnik v obliki tuljave postanejo črte magnetnega polja zlahka prepustne in lahko ustvarijo močnejšo magnetno silo.2) Dejanski rotacijski motor Tu je kot praktična metoda rotacijskega električnega stroja predstavljena metoda izdelave rotacijskega magnetnega polja z uporabo trifaznega izmeničnega toka in tuljave.(Trifazni AC je signal AC s faznim intervalom 120.) Tuljave, navite okoli železnega jedra, so razdeljene na tri faze, tuljave U-faze, tuljave V-faze in tuljave W-faze pa so razporejene v intervalih 120. Tuljave z visoko napetostjo ustvarjajo N pole, tuljave z nizko napetostjo pa S pole.Vsaka faza se spreminja glede na sinusni val, zato se bosta spremenila polarnost (N pol, S pol), ki jo ustvari vsaka tuljava in njeno magnetno polje (magnetna sila).V tem času samo poglejte tuljave, ki ustvarjajo N polov, in jih spremenite v vrstnem redu tuljava U-faze → tuljava V-faze → tuljava W-faze → tuljava U-faze, tako da se vrtijo.Zgradba majhnega motorja Naslednja slika prikazuje splošno zgradbo in primerjavo koračnega motorja, brušenega enosmernega motorja in brezkrtačnega enosmernega motorja.Osnovne komponente teh motorjev so predvsem tuljave, magneti in rotorji.Poleg tega so zaradi različnih tipov razdeljeni na fiksni tip s tuljavo in fiksni tip z magnetom.
Tu je magnet krtačnega enosmernega motorja pritrjen na zunanji strani, tuljava pa se vrti na notranji strani.Krtača in komutator sta odgovorna za napajanje tuljave in spreminjanje smeri toka.Tukaj je tuljava brezkrtačnega motorja pritrjena na zunanji strani, magnet pa se vrti na notranji strani.Zaradi različnih tipov motorjev so njihove strukture različne, tudi če so osnovne komponente enake.V vsakem delu bo podrobno razloženo.Brušeni motor Struktura krtačnega motorja Sledi videz krtačenega enosmernega motorja, ki se pogosto uporablja v modelu, in razširjen shematski diagram navadnega dvopolnega (dva magneta) motorja s tremi režami (tri tuljave).Morda ima marsikdo izkušnjo z razstavljanjem motorja in odstranjevanjem magneta.Vidimo lahko, da je trajni magnet krtačnega enosmernega motorja pritrjen, tuljava krtačnega enosmernega motorja pa se lahko vrti okoli notranjega središča.Fiksna stran se imenuje "stator", vrteča stran pa "rotor".
Princip vrtenja motorja s krtačo ① Zavrtite v nasprotni smeri urinega kazalca od začetnega stanja. Tuljava A je na vrhu, povezuje napajalnik s krtačo, leva stran pa naj bo (+), desna stran (-).Velik tok teče od leve ščetke do tuljave A skozi komutator.To je struktura, v kateri zgornji del (zunaj) tuljave A postane S pol.Ker 1/2 toka tuljave A teče od leve krtačke do tuljave B in tuljave C v nasprotni smeri od tuljave A, zunanji strani tuljave B in tuljave C postaneta šibki N poli (označeni z nekoliko manjšimi črkami v slika).Magnetno polje, ki nastane v teh tuljavah, ter odboj in privlačnost magnetov povzročijo, da se tuljave vrtijo v nasprotni smeri urnega kazalca.② nadaljnje vrtenje v nasprotni smeri urnega kazalca.Nato se predpostavi, da je desna krtača v stiku z dvema komutatorjema v stanju, ko se tuljava A vrti v nasprotni smeri urnega kazalca za 30 stopinj.Tok tuljave A neprekinjeno teče od leve ščetke do desne ščetke, zunanja stran tuljave pa ohranja S pol.Enak tok kot tuljava A teče skozi tuljavo B, zunanja stran tuljave B pa postane močnejši N-pol.Ker sta oba konca tuljave C v kratkem stiku s ščetkami, tok ne teče in se ne ustvarja magnetno polje.Tudi v tem primeru bo izpostavljen sili vrtenja v nasprotni smeri urnega kazalca.Od ③ do ④ zgornja tuljava nenehno prejema silo, ki se premika v levo, spodnja tuljava pa nenehno prejema silo, ki se premika v desno, in se še naprej vrti v nasprotni smeri urnega kazalca.Ko se tuljava vrti na ③ in ④ vsakih 30 stopinj, ko se tuljava nahaja nad osrednjo vodoravno osjo, zunanja stran tuljave postane S pol;Ko se tuljava nahaja spodaj, postane N pol in to gibanje se ponovi.Z drugimi besedami, zgornja tuljava je večkrat izpostavljena sili, ki se premika v levo, spodnja tuljava pa je večkrat izpostavljena sili, ki se premika v desno (obe v nasprotni smeri urnega kazalca).To povzroči, da se rotor vedno vrti v nasprotni smeri urnega kazalca.Če je napajalnik priključen na nasprotno levo krtačo (-) in desno krtačo (+), bo v tuljavi ustvarjeno magnetno polje nasprotnih smeri, zato je smer sile, ki deluje na tuljavo, prav tako nasprotna in se vrti v smeri urinega kazalca. .Poleg tega se bo rotor motorja s krtačo, ko je napajanje odklopljeno, prenehal vrteti, ker ni magnetnega polja, ki bi ga obdržalo.Trifazni polnovalni brezkrtačni motor Videz in zgradba trifaznega polnovalnega brezkrtačnega motorja
Diagram notranje zgradbe in enakovredno vezje povezave tuljave trifaznega polnovalne brezkrtačnega motorja Sledi shematski diagram notranje strukture in diagram enakovrednega vezja povezave tuljave.Diagram notranje strukture je preprost primer 2-polnega (2 magneta) motorja s 3 režami (3 tuljave).Podobna je strukturi motorja s krtačo z enakim številom polov in rež, vendar je stran tuljave fiksna in magnet se lahko vrti.Seveda ni čopiča.V tem primeru tuljava sprejme metodo Y-povezave, polprevodniški element pa se uporablja za dovajanje toka v tuljavo, dotok in odtok toka pa se nadzoruje glede na položaj vrtljivega magneta.V tem primeru se Hallov element uporablja za zaznavanje položaja magneta.Hallov element je nameščen med tuljavami in zaznava generirano napetost glede na jakost magnetnega polja ter jo uporablja kot informacijo o položaju.Na prejšnji sliki vretenskega motorja FDD je razvidno tudi, da je Hallov element (nad tuljavo) med tuljavo in tuljavo za zaznavanje položaja.Hallov element je znan magnetni senzor.Velikost magnetnega polja lahko pretvorimo v velikost napetosti, smer magnetnega polja pa lahko predstavimo s pozitivno in negativno smerjo.
Načelo vrtenja trifaznega polnovrednega brezkrtačnega motorja Nato bo razloženo načelo vrtenja brezkrtačnega motorja v skladu s koraki ① ~ ⑥.Za lažje razumevanje je trajni magnet tukaj poenostavljen iz okroglega v pravokoten.① V trifazni tuljavi naj bo tuljava 1 pritrjena v smeri 12 ur na uri, tuljava 2 naj bo pritrjena v smeri 4 ure na uri, tuljava 3 pa v smeri 8 ura smer ure.Naj bo pol N 2-polnega trajnega magneta na levi in pol S na desni in se lahko vrti.Tok Io teče v tuljavo 1, da ustvari S-polno magnetno polje zunaj tuljave.Tok Io/2 teče iz tuljave 2 in tuljave 3, da ustvari N-polno magnetno polje zunaj tuljave.Ko sta magnetni polji tuljave 2 in tuljave 3 vektorsko sintetizirani, se N-polno magnetno polje ustvari navzdol, kar je 0,5-krat večja od velikosti magnetnega polja, ki nastane, ko tok Io teče skozi eno tuljavo, in ko ga dodamo magnetnemu polje tuljave 1, postane 1,5-krat.To bo ustvarilo sestavljeno magnetno polje s kotom 90 glede na trajni magnet, tako da se lahko ustvari največji navor in trajni magnet se vrti v smeri urinega kazalca.Ko se tok tuljave 2 zmanjša in tok tuljave 3 poveča glede na položaj vrtenja, se rezultantno magnetno polje prav tako vrti v smeri urinega kazalca in tudi trajni magnet se še naprej vrti.② Pri vrtenju za 30 stopinj teče tok Io v tuljavo 1, tako da je tok v tuljavi 2 enak nič, tok Io pa teče iz tuljave 3. Zunanja stran tuljave 1 postane S pol, in zunanja stran tuljave 3 postane N pol.Ko se vektorji združijo, je ustvarjeno magnetno polje √3(≈1,72)-krat več kot tisto, ki nastane, ko tok Io teče skozi tuljavo.To bo ustvarilo tudi rezultantno magnetno polje pod kotom 90 glede na magnetno polje trajnega magneta in se bo vrtelo v smeri urinega kazalca.Ko se vhodni tok Io tuljave 1 zmanjša glede na položaj vrtenja, se vhodni tok tuljave 2 poveča od nič in se izhodni tok tuljave 3 poveča na Io, se rezultantno magnetno polje prav tako vrti v smeri urinega kazalca, in trajni magnet se še naprej vrti.Ob predpostavki, da je vsak fazni tok sinusoiden, je trenutna vrednost tukaj io× sin (π 3) = io× √ 32. Z vektorsko sintezo magnetnega polja je skupno magnetno polje (√ 32) 2 × 2 = 1,5-krat večje od magnetno polje, ki ga ustvari tuljava.※.Ko je vsak fazni tok sinusni val, ne glede na to, kje se nahaja trajni magnet, je velikost vektorskega sestavljenega magnetnega polja 1,5-krat večja od magnetnega polja, ki ga ustvari tuljava, in magnetno polje tvori kot 90 stopinj glede na magnetno polje trajnega magneta.③ V stanju nadaljnjega vrtenja za 30 stopinj tok Io/2 teče v tuljavo 1, tok Io/2 teče v tuljavo 2 in tok Io teče iz tuljave 3. Zunanja stran tuljave 1 postane S pol , zunanja stran tuljave 2 postane S pol, zunanja stran tuljave 3 pa postane N pol.Ko se vektorji združijo, je ustvarjeno magnetno polje 1,5-krat večje od ustvarjenega, ko tok Io teče skozi tuljavo (enako kot ①).Tukaj se ustvari tudi sintetično magnetno polje s kotom 90 stopinj glede na magnetno polje trajnega magneta, ki se zavrti v smeri urinega kazalca.④～⑥ Zavrtite na enak način kot ① ~ ③.Na ta način, če se tok, ki teče v tuljavo, nenehno preklaplja glede na položaj trajnega magneta, se bo trajni magnet vrtel v fiksni smeri.Podobno, če tok teče v nasprotni smeri in je sintetično magnetno polje obrnjeno, se bo vrtelo v nasprotni smeri urinega kazalca.Naslednja slika prikazuje tok vsake tuljave v vsakem koraku od ① do ⑥.Z zgornjim uvodom bi morali biti sposobni razumeti razmerje med trenutno spremembo in rotacijo.Koračni motor Koračni motor je vrsta motorja, ki lahko sinhrono in natančno krmili kot vrtenja in hitrost s pulznim signalom.Koračni motor se imenuje tudi "pulzni motor".Koračni motor se pogosto uporablja v opremi, ki potrebuje pozicioniranje, saj lahko natančno pozicioniranje izvede le z odprtozančnim krmiljenjem brez uporabe senzorja položaja.Zgradba koračnega motorja (dvofazni bipolarni) V primerih videza sta podana videza koračnega motorja HB (hibridni) in PM (permanentni magnet).Strukturni diagram na sredini prikazuje tudi strukturo HB in PM.Koračni motor je struktura s fiksno tuljavo in vrtljivim trajnim magnetom.Konceptualni diagram notranje strukture koračnega motorja na desni je primer PM motorja, ki uporablja dvofazne (dve skupini) tuljave.V primeru osnovne strukture koračnega motorja je tuljava nameščena na zunanji strani, trajni magnet pa na notranji strani.Poleg dveh faz obstaja veliko vrst tuljav s tremi in petimi enakimi fazami.Nekateri koračni motorji imajo drugačno strukturo, toda za predstavitev njihovih delovnih principov ta članek podaja osnovno strukturo koračnih motorjev.S tem člankom upam, da bom razumel, da koračni motor v bistvu prevzame strukturo fiksacije tuljave in vrtenja trajnega magneta.Osnovni princip delovanja koračnega motorja (enofazno vzbujanje) Naslednje se uporablja za predstavitev osnovnega principa delovanja koračnega motorja.① Tok teče z leve strani tuljave 1 in ven iz desne strani tuljave 1. Ne dovolite, da tok teče skozi tuljavo 2. V tem času notranjost leve tuljave 1 postane N, notranjost pa desna tuljava 1 postane S.. Zato srednji trajni magnet privlači magnetno polje tuljave 1 in se ustavi v stanju leve strani S in desne strani N.. ② Zaustavite tok v tuljavi 1, tako da tok teče z zgornje strani tuljave 2 in teče iz spodnje strani tuljave 2. Notranja stran zgornje tuljave 2 postane N in notranja stran spodnje tuljave 2 postane S.. Trajni magnet privlači svoje magnetno polje in se neha vrteti za 90° v smeri urinega kazalca.③ Zaustavite tok v tuljavi 2, tako da tok teče z desne strani tuljave 1 in izteka iz leve strani tuljave 1. Notranjost leve tuljave 1 postane S, notranjost desne tuljave 1 pa postane N.. Trajni magnet privlači njegovo magnetno polje in se zavrti v smeri urinega kazalca še za 90 stopinj, da se ustavi.④ Zaustavite tok v tuljavi 1, tako da tok teče s spodnje strani tuljave 2 in izteka iz zgornje strani tuljave 2. Notranjost zgornje tuljave 2 postane S, notranjost pa spodnja tuljava 2 postane N.. Trajni magnet privlači njegovo magnetno polje in se zavrti v smeri urinega kazalca še za 90 stopinj, da se ustavi.Koračni motor se lahko zavrti s preklapljanjem toka, ki teče skozi tuljavo v zgornjem vrstnem redu od ① do ④ skozi elektronsko vezje.V tem primeru bo vsako dejanje stikala zavrtelo koračni motor za 90. Poleg tega, ko tok neprekinjeno teče skozi določeno tuljavo, lahko ohrani stanje zaustavitve in povzroči, da ima koračni motor zadrževalni moment.Mimogrede, če se tok, ki teče skozi tuljavo, obrne, se lahko koračni motor zavrti v nasprotni smeri.
