Saklawasé setengah saka konsumsi daya ing donya dikonsumsi dening motor.Mula, ningkatake efisiensi motor diarani minangka langkah sing paling efektif kanggo ngatasi masalah energi ing jagad iki.
Tipe motor
Umumé, iki nuduhake ngowahi gaya sing diasilake dening aliran saiki ing medan magnet dadi gerakan rotary, lan uga kalebu gerakan linear ing sawetara sing wiyar.
Miturut jinis sumber daya sing didorong dening motor, bisa dipérang dadi motor DC lan motor AC.Miturut prinsip rotasi motor, bisa dipérang dadi jinis ing ngisor iki.(kajaba motor khusus)
Babagan Arus, Medan Magnetik, lan Pasukan
Kaping pisanan, kanggo nggampangake panjelasan prinsip motor sakteruse, ayo dideleng hukum / hukum dhasar babagan arus, medan magnet, lan gaya.Senadyan ana rasa nostalgia, kawruh iki gampang dilalekake yen ora kerep nggunakake komponen magnetik.
Kita gabungke gambar lan rumus kanggo ilustrasi.
Nalika pigura timbal persegi dowo, gaya tumindak ing saiki dijupuk menyang akun.
Gaya F sing tumindak ing sisih a lan c yaiku
Ngasilake torsi watara sumbu tengah.
Contone, nalika nimbang negara ngendi amba rotasi mungθ, pasukan tumindak ing sudhut tengen kanggo b lan d iku dosaθ, dadi torsi Ta saka bagean a dituduhake kanthi rumus ing ngisor iki:
Ngelingi bagean c kanthi cara sing padha, torsi tikel kaping pindho lan ngasilake torsi sing diitung kanthi:
Wiwit area persegi panjang yaiku S=h·l, ngganti menyang rumus ing ndhuwur ngasilake asil ing ngisor iki:
Rumus iki ora mung dianggo kanggo persegi dowo, nanging uga kanggo wangun umum liyane kaya bunderan.Motors nggunakake prinsip iki.
Carane muter motor?
1) Motor muter kanthi bantuan magnet, gaya magnet
Mubeng magnet permanen kanthi poros puteran,① muter magnet(kanggo ngasilake medan magnet puteran),② miturut prinsip kutub N lan S narik kutub ngelawan lan repulsing ing tingkat sing padha,③ magnet karo poros puteran bakal muter.
Iki minangka prinsip dhasar rotasi motor.
A puteran Magnetik kolom (magnetik pasukan) kui watara kabel nalika saiki mili liwat kabel, lan magnet muter, kang bener negara operasi padha.
Kajaba iku, nalika kawat tatu ing wangun kumparan, gaya Magnetik digabungake, flux medan magnet gedhe (flux magnetik) kawangun, lan kutub N lan kutub S kui.
Kajaba iku, kanthi nglebokake inti wesi menyang kabel sing digulung, dadi luwih gampang kanggo nembus gaya magnet, lan kekuwatan magnet sing luwih kuat bisa diasilake.
2) Motor puteran nyata
Ing kene, minangka cara praktis kanggo muter mesin listrik, cara ngasilake medan magnet puteran nggunakake arus bolak-balik telung fase lan kumparan.
(AC telung fase yaiku sinyal AC kanthi interval fase 120°)
- Medan magnet sintetik ing negara ① ndhuwur cocog karo gambar ing ngisor iki ①.
- Medan magnet sintetik ing negara ② ing ndhuwur cocog karo ② ing gambar ing ngisor iki.
- Medan magnet sintetik ing negara ndhuwur ③ cocog karo gambar ing ngisor iki ③.
Minangka diterangake ing ndhuwur, kumparan tatu sak inti dipérang dadi telung fase, lan kumparan U-phase, V-phase coil, lan W-phase coil disusun ing interval 120 °.Koil kanthi tegangan dhuwur ngasilake kutub N, lan kutub kanthi voltase kurang ngasilake kutub S.
Wiwit saben fase diganti minangka gelombang sinus, polaritas (kutub N, kutub S) sing diasilake saben kumparan lan medan magnet (gaya magnet) diganti.
Ing wektu iki, mung katon ing kumparan sing mrodhuksi kutub N, lan ngganti urutan miturut kumparan U-phase → V-phase kumparan → W-phase kumparan → U-phase kumparan, mangkono muter.
Struktur motor cilik
Gambar ing ngisor iki nuduhake struktur umum lan perbandingan saka telung motor: motor stepper, motor arus searah (DC), lan motor arus searah (DC).Komponen dhasar saka motor iki utamane kumparan, magnet lan rotor.Kajaba iku, amarga macem-macem jinis, dipérang dadi jinis tetep kumparan lan jinis tetep magnet.
Ing ngandhap menika andharan babagan struktur ingkang gayut kaliyan tuladha diagram.Amarga bisa uga ana struktur liyane kanthi basis sing luwih rinci, mangertos manawa struktur sing diterangake ing artikel iki ana ing kerangka gedhe.
Ing kene, kumparan motor stepper dipasang ing njaba, lan magnet muter ing njero.
Ing kene, magnet saka motor DC sing disapu resik dipasang ing njaba, lan kumparan diputer ing njero.Sikat lan komutator tanggung jawab kanggo nyuplai daya menyang kumparan lan ngganti arah arus.
Ing kene, kumparan motor tanpa sikat dipasang ing njaba, lan magnet muter ing njero.
Amarga macem-macem jinis motor, sanajan komponen dhasar padha, strukture beda.Spesifik bakal diterangake kanthi rinci ing saben bagean.
motor disikat
Struktur motor sikat
Ing ngisor iki apa motor DC disapu resik asring digunakake ing model katon kaya, uga skema mbledhos saka loro-pole umum (2 magnet) telung slot (3 gulungan) jinis motor.Mungkin akeh wong sing duwe pengalaman mbongkar motor lan njupuk magnet.
Bisa dideleng manawa magnet permanen saka motor DC sing disapu resik tetep, lan gulungan motor DC sing disapu bisa muter ing tengah tengah.Sisih stator diarani "stator" lan sisih puteran diarani "rotor".
Ing ngisor iki diagram skematis saka struktur sing makili konsep struktur.
Ana telung komutator (lembaran logam bengkok kanggo ngoper saiki) ing pinggir sumbu tengah sing puteran.Kanggo ngindhari kontak siji liyane, komutator disusun kanthi interval 120° (360°÷3 bêsik).Komutator muter minangka poros muter.
Siji komutator disambungake karo siji ujung kumparan lan ujung kumparan liyane, lan telung komutator lan telung kumparan mbentuk kabeh (ring) minangka jaringan sirkuit.
Rong sikat dipasang ing 0 ° lan 180 ° kanggo kontak karo komutator.Sumber daya DC eksternal disambungake menyang sikat, lan arus mili miturut jalur sikat → komutator → kumparan → sikat.
Prinsip rotasi motor sikat
① Puter counterclockwise saka negara wiwitan
Koil A ana ing ndhuwur, sambungake sumber daya menyang sikat, kiwa (+) lan sisih tengen (-).A arus gedhe mili saka sikat kiwa menyang kumparan A liwat commutator ing.Iki minangka struktur sing bagian ndhuwur (sisih njaba) kumparan A dadi kutub S.
Wiwit 1/2 arus kumparan A mili saka sikat kiwa menyang kumparan B lan kumparan C ing arah ngelawan menyang kumparan A, sisih njaba kumparan B lan kumparan C dadi kutub N sing ringkih (dituduhake kanthi huruf sing rada cilik ing tokoh).
Medan Magnetik digawe ing gulungan kasebut lan efek magnet sing repulsive lan atraktif tundhuk kumparan menyang pasukan puteran counterclockwise.
② Puter maneh searah jarum jam
Sabanjure, dianggep yen sikat tengen ana ing kontak karo loro komutator ing negara ing ngendi kumparan A diputer counterclockwise 30 °.
Arus kumparan A terus mili saka sikat kiwa menyang sikat tengen, lan njaba kumparan njaga kutub S.
Arus padha Coil A mili liwat Coil B, lan njaba Coil B dadi kuwat N kutub.
Wiwit loro ends saka kumparan C short-circuited dening sikat, ora arus mili lan ora medan Magnetik kui.
Malah ing kasus iki, gaya rotasi counterclockwise dialami.
Saka ③ nganti ④, kumparan ndhuwur terus nampa gaya ing sisih kiwa, lan kumparan ngisor terus nampa gaya ing sisih tengen, lan terus muter counterclockwise
Nalika kumparan diputer dadi ③ lan ④ saben 30 °, nalika kumparan dipanggonke ing ndhuwur sumbu horisontal tengah, sisih njaba kumparan dadi kutub S;nalika kumparan dipanggonke ing ngisor iki, dadi kutub N, lan gerakan iki bola.
Ing tembung liyane, kumparan ndhuwur bola-bali dipeksa ngiwa, lan kumparan ngisor bola-bali dipeksa menyang tengen (loro ing arah counterclockwise).Iki tansah rotor muter counterclockwise kabeh wektu.
Yen sampeyan nyambungake daya kanggo ngelawan kiwa (-) lan tengen (+) sikat, ngelawan Magnetik kothak digawe ing gulungan kawat, supaya pasukan Applied kanggo gulungan uga ing arah ngelawan, ngowahi clockwise.
Kajaba iku, nalika daya dipateni, rotor motor sing disapu resik mandheg muter amarga ora ana medan magnet sing tetep muter.
Motor tanpa sikat gelombang lengkap telung fase
Penampilan lan struktur motor tanpa sikat gelombang lengkap telung fase
Gambar ing ngisor iki nuduhake conto tampilan lan struktur motor tanpa sikat.
Ing sisih kiwa ana conto motor spindle sing digunakake kanggo muter cakram optik ing piranti puter maneh cakram optik.Total telung fase × 3 total 9 gulungan.Ing sisih tengen minangka conto motor spindle kanggo piranti FDD, kanthi total 12 gulungan (telung fase × 4).Koil kasebut dipasang ing papan sirkuit lan ngubengi inti wesi.
Bagean sing bentuke disk ing sisih tengen kumparan yaiku rotor magnet permanen.Periphery minangka magnet permanen, poros rotor dilebokake ing bagian tengah kumparan lan nutupi bagian kumparan, lan magnet permanen ngubengi pinggiran kumparan.
Diagram struktur internal lan sirkuit sing padha karo sambungan coil saka motor tanpa sikat gelombang lengkap telung fase
Sabanjure yaiku diagram skematis saka struktur internal lan diagram skematis saka sirkuit sing padha karo sambungan kumparan.
Diagram internal iki minangka conto motor 2-pole (2 magnet) 3-slot (3 gulungan) sing prasaja banget.Iku padha karo struktur motor disapu resik karo nomer padha cagak lan slot, nanging sisih coil tetep lan wesi sembrani bisa muter.Mesthi, ora sikat.
Ing kasus iki, kumparan wis Y-disambungake, nggunakake unsur semikonduktor kanggo sumber kumparan karo saiki, lan inflow lan outflow saka saiki kontrol miturut posisi sembrani puteran.Ing conto iki, unsur Hall digunakake kanggo ndeteksi posisi magnet.Unsur Hall disusun ing antarane gulungan, lan voltase sing diasilake dideteksi adhedhasar kekuwatan medan magnet lan digunakake minangka informasi posisi.Ing gambar saka motor kumparan FDD diwenehi sadurungé, bisa uga katon sing ana unsur Hall (ndhuwur kumparan) kanggo deteksi posisi antarane kumparan lan kumparan.
unsur Hall dikenal minangka sensor magnetik.Gedhene medan magnet bisa diowahi dadi gedhene voltase, lan arah medan magnet bisa ditulis positif utawa negatif.Ing ngisor iki diagram skematis sing nuduhake efek Hall.
Unsur Hall njupuk kauntungan saka fenomena sing "nalika saiki IH mili liwat semikonduktor lan fluks magnetik B liwat ing sudhut tengen kanggo saiki, voltase VHdiasilake ing arah tegak karo saiki lan medan magnet", Fisikawan Amerika Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) nemokake fenomena iki lan diarani "efek Hall".Tegangan asil VHdiwakili dening rumus ing ngisor iki.
VH= (KH/d)・AkuH・B ※KH: Koefisien Hall, d: kekandelan lumahing seng nembus fluks magnetik
Minangka rumus nuduhake, sing luwih dhuwur saiki, sing luwih dhuwur voltase.Fitur iki asring digunakake kanggo ndeteksi posisi rotor (magnet).
Prinsip rotasi motor tanpa sikat gelombang lengkap telung fase
Prinsip rotasi motor tanpa sikat bakal diterangake ing langkah-langkah ing ngisor iki ① nganti ⑥.Kanggo pangerten gampang, wesi sembrani permanen simplified saka bunderan kanggo rectangles kene.
①
Antarane kumparan telung fase, dianggep yen kumparan 1 tetep ing arah jam 12, kumparan 2 tetep ing arah jam 4, lan kumparan 3 tetep ing arah jam. arah jam 8.Ayo N kutub magnet permanen 2 kutub ing sisih kiwa lan kutub S ing sisih tengen, lan bisa diputer.
Io saiki mili menyang kumparan 1 kanggo ngasilake medan magnet kutub S ing njaba kumparan.Io / 2 saiki digawe kanggo mili saka Coil 2 lan Coil 3 kanggo generate N-pole Magnetik kolom njaba kumparan.
Nalika medan magnet saka coil 2 lan coil 3 divektorake, medan magnet N-pole digawe mudhun, yaiku 0,5 kaping ukuran medan magnet sing diasilake nalika Io saiki liwat siji kumparan, lan 1,5 kaping luwih gedhe nalika ditambahake. menyang medan magnet kumparan 1.Iki nggawe medan magnet asil ing sudut 90 ° menyang magnet permanen, supaya torsi maksimum bisa kui, magnet permanen muter searah jarum jam.
Nalika saiki kumparan 2 wis melorot lan saiki kumparan 3 tambah miturut posisi rotasi, asil Magnetik kolom uga muter clockwise lan sembrani permanen uga terus kanggo muter.
②
Ing negara diputer dening 30 °, Io saiki mili menyang kumparan 1, saiki ing kumparan 2 digawe nul, lan saiki Io mili metu saka kumparan 3.
Ing njaba kumparan 1 dadi kutub S, lan njaba kumparan 3 dadi kutub N.Nalika vektor digabungake, medan magnet sing diasilake yaiku √3 (≈1.72) kaping medan magnet sing diasilake nalika Io saiki liwat kumparan.Iki uga ngasilake medan magnet kanthi sudut 90 ° menyang medan magnet permanen lan muter searah jarum jam.
Nalika arus inflow Io saka coil 1 dikurangi miturut posisi rotasi, arus inflow saka coil 2 tambah saka nol, lan arus metu saka coil 3 tambah dadi Io, medan magnet asil uga muter searah jarum jam, lan magnet permanen uga terus muter.
※ Kanthi asumsi saben fase saiki minangka gelombang sinusoidal, nilai saiki ing kene yaiku Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Liwat sintesis vektor medan magnet, ukuran medan magnet total dipikolehi minangka (√ 3⁄2)2× 2 = 1,5 kaping.Nalika saben phase saiki gelombang sinus, preduli saka posisi sembrani permanen, gedhene Magnetik Magnetik gabungan vektor punika 1,5 kaping saka Magnetik kolom kui kumparan, lan Magnetik kolom ing 90 ° relatif amba. menyang medan magnet saka magnet permanen.
③
Ing negara terus kanggo muter dening 30 °, saiki Io / 2 mili menyang kumparan 1, saiki Io / 2 mili menyang kumparan 2, lan Io saiki mili metu saka kumparan 3.
Ing njaba kumparan 1 dadi kutub S, njaba kumparan 2 uga dadi kutub S, lan njaba kumparan 3 dadi kutub N.Nalika vektor digabungake, medan magnet sing diasilake yaiku 1,5 kaping medan magnet sing diasilake nalika arus Io mili liwat kumparan (padha karo ①).Ing kene uga, asil medan magnet digawe kanthi sudut 90 ° karo medan magnet magnet permanen lan muter searah jarum jam.
④～⑥
Puter kanthi cara sing padha karo ① nganti ③.
Kanthi cara iki, yen arus sing mili menyang kumparan terus-terusan diuripake kanthi urutan miturut posisi magnet permanen, magnet permanen bakal muter ing arah sing tetep.Kajaba iku, yen sampeyan mbalikke aliran saiki lan mbalikke asil medan magnet, bakal muter counterclockwise.
Gambar ing ngisor iki terus-terusan nuduhake arus saben kumparan ing saben langkah ① nganti ⑥ ing ndhuwur.Liwat pambuka ing ndhuwur, mesthine bisa dingerteni hubungane antarane owah-owahan saiki lan rotasi.
motor stepper
Motor stepper minangka motor sing bisa ngontrol sudut rotasi lan kacepetan kanthi sinkronisasi kanthi sinyal pulsa.Motor stepper uga disebut "motor pulsa".Amarga motor stepper bisa entuk posisi sing akurat mung liwat kontrol loop terbuka tanpa nggunakake sensor posisi, mula akeh digunakake ing peralatan sing mbutuhake posisi.
Struktur motor stepper (bipolar dua fase)
Gambar ing ngisor iki saka kiwa menyang tengen minangka conto tampilan motor stepping, diagram skematis struktur internal, lan diagram skematis konsep struktur.
Ing conto katon, katon saka jinis HB (Hybrid) lan PM (Permanent Magnet) jinis stepping motor diwenehi.Diagram struktur ing tengah uga nuduhake struktur jinis HB lan jinis PM.
Motor stepping minangka struktur sing kumparan tetep lan magnet permanen muter.Diagram konsep struktur internal motor stepper ing sisih tengen minangka conto motor PM nggunakake kumparan rong fase (loro set).Ing conto struktur dhasar motor stepping, gulungan disusun ing njaba lan magnet permanen disusun ing njero.Saliyane kumparan rong fase, ana jinis telung fase lan limang fase kanthi fase liyane.
Sawetara motor stepper duwe struktur liyane sing beda, nanging struktur dhasar motor stepper diwenehi ing artikel iki kanggo nggampangake introduksi prinsip kerjane.Liwat artikel iki, aku ngarep-arep ngerti yen motor stepping dhasar nggunakake struktur koil tetep lan magnet permanen sing puteran.
Prinsip kerja motor stepper (eksitasi fase tunggal)
Gambar ing ngisor iki digunakake kanggo ngenalake prinsip kerja dhasar motor stepper.Iki minangka conto eksitasi kanggo saben fase (set gulungan) saka kumparan bipolar rong fase ing ndhuwur.Premis saka diagram iki yaiku owah-owahan negara saka ① dadi ④.Koil kasusun saka Coil 1 lan Coil 2, mungguh.Kajaba iku, panah saiki nuduhake arah aliran saiki.
①
- Arus mili saka sisih kiwa kumparan 1 lan mili metu saka sisih tengen kumparan 1.
- Aja ngidini arus mili liwat kumparan 2.
- Ing wektu iki, sisih njero kumparan kiwa 1 dadi N, lan sisih njero kumparan tengen 1 dadi S.
- Mulane, magnet permanen ing tengah kepincut dening Magnetik kolom saka kumparan 1, dadi negara S kiwa lan N tengen, lan mandheg.
②
- Saiki kumparan 1 mandheg, lan saiki mili saka sisih ndhuwur kumparan 2 lan mili metu saka sisih ngisor kumparan 2.
- Sisih njero kumparan ndhuwur 2 dadi N, lan sisih njero kumparan ngisor 2 dadi S.
- Magnetik permanen ditarik dening medan magnet lan mandheg kanthi muter 90° searah jarum jam.
③
- Saiki kumparan 2 mandheg, lan arus mlebu saka sisih tengen kumparan 1 lan metu saka sisih kiwa kumparan 1.
- Sisih njero kumparan kiwa 1 dadi S, lan sisih njero kumparan tengen 1 dadi N.
- Magnetik permanen ditarik dening medan magnet lan mandheg kanthi ngowahi arah jarum jam liyane 90 °.
④
- Saiki kumparan 1 mandheg, lan saiki mili saka sisih ngisor kumparan 2 lan mili metu saka sisih ndhuwur kumparan 2.
- Sisih njero kumparan ndhuwur 2 dadi S, lan sisih njero kumparan ngisor 2 dadi N.
- Magnetik permanen ditarik dening medan magnet lan mandheg kanthi ngowahi arah jarum jam liyane 90 °.
Wektu kirim: Jul-09-2022