Nästan hälften av världens strömförbrukning förbrukas av motorer, så motorernas höga verkningsgrad kallas den mest effektiva åtgärden för att lösa världens energiproblem.
Generellt sett hänvisar det till omvandlingen av kraften som genereras av strömmen som flyter i magnetfältet till roterande verkan, och i vid mening inkluderar det även linjär verkan.Beroende på typen av strömförsörjning som drivs av motorn kan den delas in i DC-motor och AC-motor.Enligt principen om motorrotation kan den grovt delas in i följande kategorier.(förutom specialmotorer)
AC AC-motor Borstad motor: Den allmänt använda borstade motorn kallas vanligtvis DC-motor.En elektrod som kallas en "borste" (statorsidan) och en "kommutator" (armatursidan) kontaktas sekventiellt för att växla strömmen och därigenom utföra en roterande åtgärd.Borstlös likströmsmotor: Den behöver inga borstar och kommutatorer, men använder växlingsfunktioner som transistorer för att byta ström och utföra rotation.Stegmotor: Denna motor arbetar synkront med pulseffekt, så den kallas även pulsmotor.Dess kännetecken är att den enkelt kan realisera exakt positioneringsoperation.Asynkronmotor: Växelström gör att statorn producerar ett roterande magnetfält, vilket gör att rotorn producerar inducerad ström och roterar under dess samverkan.AC (växelström) motor Synkronmotor: växelström skapar ett roterande magnetfält, och rotorn med magnetiska poler roterar på grund av attraktion.Rotationshastigheten synkroniseras med effektfrekvensen.
Om ström, magnetfält och kraft Låt oss först av allt, för att underlätta följande förklaring av motorprincipen, se över de grundläggande lagarna/reglerna om ström, magnetfält och kraft.Även om det finns en känsla av nostalgi, är det lätt att glömma denna kunskap om du inte använder magnetiska komponenter ofta.
Hur roterar motorn?1) motorn roterar med hjälp av magneter och magnetisk kraft.Runt en permanentmagnet med en roterande axel, ① rotera magneten (för att generera ett roterande magnetfält), ② enligt principen att olika poler på N-polen och S-polen attraherar och samma nivå stöter bort, ③ magneten med en roterande axel kommer att rotera.
Strömmen som flyter i tråden orsakar ett roterande magnetfält (magnetisk kraft) runt den, så att magneten roterar, vilket egentligen är samma aktionstillstånd som detta.
Dessutom, när tråden lindas till en spole, syntetiseras den magnetiska kraften, vilket bildar ett stort magnetfältsflöde (magnetiskt flöde), vilket resulterar i en N-pol och en S-pol.Dessutom, genom att föra in järnkärnan i den spolformade ledaren, blir magnetfältslinjerna lätta att passera och kan generera en starkare magnetisk kraft.2) Faktisk roterande motor Här, som en praktisk metod för att rotera elektrisk maskin, introduceras metoden för att tillverka roterande magnetfält genom att använda trefas AC och spole.(Trefas AC är en AC-signal med ett fasintervall på 120.) Spolarna som är lindade runt järnkärnan är uppdelade i tre faser och U-fasspolar, V-fasspolar och W-fasspolar är anordnade med intervaller på 120. Spolarna med hög spänning genererar N poler, och spolarna med låg spänning genererar S poler.Varje fas ändras enligt en sinusvåg, så polariteten (N-pol, S-pol) som genereras av varje spole och dess magnetfält (magnetisk kraft) kommer att ändras.Vid den här tiden tittar du bara på spolarna som genererar N-poler och ändrar dem i ordning U-fasspole →V-fasspole →W-fasspole →U-fasspole, och därmed rotera.Struktur för liten motor Följande figur visar den allmänna strukturen och jämförelsen av stegmotor, borstad DC-motor och borstlös DC-motor.De grundläggande komponenterna i dessa motorer är huvudsakligen spolar, magneter och rotorer.På grund av olika typer är de dessutom uppdelade i spolefixerad typ och magnetfixerad typ.
Här är borstens DC-motors magnet fixerad på utsidan och spolen roterar på insidan.Borsten och kommutatorn är ansvariga för att tillföra ström till spolen och ändra strömriktningen.Här är den borstlösa motorns spole fixerad på utsidan och magneten roterar på insidan.På grund av de olika typerna av motorer är deras strukturer olika även om grundkomponenterna är desamma.Det kommer att förklaras i detalj i varje del.Borstad motor Struktur för borstmotor Följande är utseendet på den borstade likströmsmotorn som ofta används i modellen, och det exploderade schemat över den vanliga tvåpoliga (två magneter) tre-slits (tre spolar) motorn.Kanske många har erfarenhet av att ta isär motorn och ta ut magneten.Det kan ses att den permanenta magneten på borstens DC-motor är fixerad, och spolen på borstens DC-motor kan rotera runt det inre mitten.Den fasta sidan kallas "stator" och den roterande sidan kallas "rotor".
Roterande princip för borstmotorn ① Rotera moturs från utgångsläget Spole A är överst, ansluter strömförsörjningen till borsten, och låt vänster sida vara (+) och höger sida vara (-).En stor ström flyter från den vänstra borsten till spolen A genom kommutatorn.Detta är en struktur där den övre delen (utsidan) av spolen A blir S-polen.Eftersom 1/2 av strömmen för spole A flyter från den vänstra borsten till spole B och spole C i motsatt riktning mot spole A, blir de yttre sidorna av spole B och spole C svaga N-poler (indikeras med något mindre bokstäver i figur).Det magnetiska fältet som genereras i dessa spolar och magneternas repulsion och attraktion gör att spolarna roterar moturs.② ytterligare moturs rotation.Därefter antas det att den högra borsten är i kontakt med två kommutatorer i det tillståndet att spolen A roterar moturs med 30 grader.Strömmen i spolen A flyter kontinuerligt från den vänstra borsten till den högra borsten, och spolens utsida håller S-polen.Samma ström som spolen A flyter genom spolen B, och utsidan av spolen B blir en starkare N-pol.Eftersom båda ändarna av spolen C är kortslutna av borstar, flyter ingen ström och inget magnetfält genereras.Även i detta fall kommer den att utsättas för kraften från rotation moturs.Från ③ till ④ mottar den övre spolen kontinuerligt kraften som rör sig åt vänster, och den nedre spolen tar kontinuerligt emot kraften som rör sig åt höger och fortsätter att rotera moturs.När spolen roterar till ③ och ④ var 30:e grader, när spolen är placerad ovanför den centrala horisontella axeln, blir den yttre sidan av spolen S-pol;När spolen är placerad nedanför blir den N-pol, och denna rörelse upprepas.Med andra ord utsätts den övre spolen upprepade gånger för en kraft som rör sig åt vänster, och den nedre spolen utsätts upprepade gånger för en kraft som rör sig åt höger (båda moturs).Detta gör att rotorn alltid roterar moturs.Om strömförsörjningen är ansluten till den motsatta vänstra borsten (-) och den högra borsten (+), kommer ett magnetfält med motsatta riktningar att genereras i spolen, så riktningen för kraften som appliceras på spolen är också motsatt, vridning medurs .Dessutom, när strömförsörjningen är frånkopplad, kommer borstmotorns rotor att sluta rotera eftersom det inte finns något magnetfält för att hålla den roterande.Trefas fullvågs borstlös motor Utseende och struktur hos trefas fullvågs borstlös motor
Internt strukturdiagram och ekvivalent krets för spolanslutning av trefas fullvågs borstlös motor. Nästa är det schematiska diagrammet över den interna strukturen och det ekvivalenta kretsschemat för spolanslutningen.Det interna strukturdiagrammet är ett enkelt exempel på en 2-polig (2 magneter) 3-slots (3 spolar) motor.Den liknar borstmotorns struktur med samma antal poler och slitsar, men spolsidan är fixerad och magneten kan rotera.Naturligtvis finns det ingen borste.I det här fallet använder spolen Y-anslutningsmetoden, och halvledarelementet används för att mata ström till spolen, och inflödet och utflödet av ström styrs enligt positionen för den roterande magneten.I det här exemplet används ett Hall-element för att detektera magnetens position.Hall-elementet är anordnat mellan spolarna, och detekterar den genererade spänningen enligt magnetfältets styrka och använder den som positionsinformation.I bilden av FDD-spindelmotorn som gavs tidigare kan det också ses att det finns ett Hall-element (ovanför spolen) mellan spolen och spolen för att detektera positionen.Hallelement är en välkänd magnetisk sensor.Magnetfältets storlek kan omvandlas till spänningens storlek, och magnetfältets riktning kan representeras av positiva och negativa.
Rotationsprincipen för trefas fullvågs borstlös motor Därefter kommer rotationsprincipen för den borstlösa motorn att förklaras enligt steg ① ~ ⑥.För enkel förståelse är permanentmagneten förenklad från cirkulär till rektangulär här.① I trefasspolen, låt spolen 1 fixeras i klockans 12-riktning, spolen 2 fixeras i klockans 4-riktning och spolen 3 fixeras i 8:an klockans riktning.Låt N-polen på den 2-poliga permanentmagneten vara till vänster och S-polen till höger, så kan den rotera.En ström Io flyter in i spolen 1 för att generera ett S-pols magnetfält utanför spolen.Io/2-strömmen flyter från spolen 2 och spolen 3 för att generera ett N-poligt magnetfält utanför spolen.När magnetfälten hos spolen 2 och spolen 3 vektorsyntetiseras genereras ett N-poligt magnetfält nedåt, vilket är 0,5 gånger storleken på det magnetiska fältet som genereras när ström Io passerar genom en spole, och när det läggs till magnetfältet fält av spole 1, blir det 1,5 gånger.Detta kommer att producera ett sammansatt magnetfält med en vinkel på 90 i förhållande till permanentmagneten, så att det maximala vridmomentet kan genereras och permanentmagneten roterar medurs.När spolens 2 ström reduceras och spolens 3 ström ökas i enlighet med rotationspositionen, roterar det resulterande magnetfältet också medurs, och permanentmagneten fortsätter också att rotera.② När den roteras med 30 grader flyter strömmen Io in i spolen 1, så att strömmen i spolen 2 är noll, och strömmen Io rinner ut ur spolen 3. Den yttre sidan av spolen 1 blir en S-pol, och den yttre sidan av spolen 3 blir en N-pol.När vektorerna kombineras är det magnetiska fältet som genereras √3(≈1,72) gånger det som genereras när strömmen Io passerar genom en spole.Detta kommer också att alstra ett resulterande magnetfält i en vinkel av 90 i förhållande till permanentmagnetens magnetfält och rotera medurs.När inflödesströmmen Io för spolen 1 minskas i enlighet med rotationspositionen, spolens 2 inströmningsström ökas från noll och spolens 3 utströmningsström ökas till Io, roterar det resulterande magnetfältet också medurs, och permanentmagneten fortsätter att rotera.Om man antar att varje fasström är sinusformad är strömvärdet här io× sin (π 3) = io× √ 32. Genom vektorsyntes av magnetfält är det totala magnetfältet (√ 32) 2× 2 = 1,5 gånger magnetfält som genereras av en spole.※.När varje fasström är sinusvåg, oavsett var permanentmagneten är placerad, är storleken på vektorkompositmagnetfältet 1,5 gånger det magnetiska fältet som genereras av en spole, och magnetfältet bildar en 90-graders vinkel med avseende på permanentmagnetens magnetfält.③ I tillståndet att fortsätta att rotera med 30 grader, flyter ström Io/2 in i spole 1, ström Io/2 flyter in i spole 2 och ström Io flyter ut från spole 3. Den yttre sidan av spolen 1 blir S-polen spolens 2 yttre sida blir S-polen, och spolens 3 yttre sida blir N-polen.När vektorerna kombineras är det magnetiska fältet som genereras 1,5 gånger det som genereras när strömmen Io flyter genom en spole (samma som ①).Här kommer också ett syntetiskt magnetfält med en vinkel på 90 grader i förhållande till permanentmagnetens magnetfält att genereras och roteras medurs.④～⑥ Rotera på samma sätt som ① ~ ③.På detta sätt, om strömmen som flyter in i spolen kontinuerligt växlas enligt permanentmagnetens position, kommer permanentmagneten att rotera i en fast riktning.På liknande sätt, om strömmen flyter i motsatt riktning och det syntetiska magnetfältet vänds, kommer det att rotera moturs.Följande bild visar strömmen för varje spole i varje steg från ① till ⑥.Genom ovanstående introduktion ska vi kunna förstå sambandet mellan aktuell förändring och rotation.stegmotor Stegmotor är en typ av motor som kan styra rotationsvinkeln och hastigheten synkront och exakt med pulssignal.Stegmotor kallas också "pulsmotor".Stegmotor används ofta i den utrustning som behöver positionering eftersom den kan realisera exakt positionering endast genom öppen slinga utan att använda positionssensor.Uppbyggnad av stegmotor (tvåfas bipolär) I exemplen på utseende ges utseendet på HB (hybrid) och PM (permanent magnet) stegmotorer.Strukturdiagrammet i mitten visar också strukturen för HB och PM.Stegmotor är en struktur med fast spole och roterande permanentmagnet.Det konceptuella diagrammet över den interna strukturen av stegmotorn till höger är ett exempel på en PM-motor som använder tvåfas (två grupper) spolar.I det grundläggande strukturexemplet på stegmotor är spolen anordnad på utsidan och permanentmagneten på insidan.Förutom två faser finns det många typer av spolar med tre faser och fem lika faser.Vissa stegmotorer har andra olika strukturer, men för att introducera deras arbetsprinciper ger detta dokument den grundläggande strukturen för stegmotorer.Genom den här artikeln hoppas jag förstå att stegmotorn i princip antar strukturen av spolefixering och permanent magnetrotation.Grundläggande arbetsprincip för stegmotor (enfas magnetisering) Följande används för att introducera den grundläggande arbetsprincipen för stegmotor.① Ström rinner in från den vänstra sidan av spolen 1 och ut från den högra sidan av spolen 1. Låt inte ström flyta genom spole 2. Vid denna tidpunkt blir insidan av den vänstra spolen 1 N, och insidan av den högra spolen 1 blir S.. Därför attraheras den mittersta permanentmagneten av magnetfältet i spolen 1, och stannar i tillståndet för vänster sida S och höger sida N.. ② Stoppa strömmen i spole 1, så att strömmen flyter in från ovansidan av spolen 2 och rinner ut från undersidan av spolen 2. Den övre spolens 2 insida blir N och den nedre spolens 2 insida blir S. Permanentmagneten attraheras av sitt magnetfält och slutar rotera 90 grader medurs.③ Stoppa strömmen i spole 2, så att strömmen rinner in från höger sida av spole 1 och rinner ut från vänster sida av spole 1. Insidan av den vänstra spole 1 blir S, och insidan av den högra spole 1 blir N.. Permanentmagneten attraheras av sitt magnetfält och roterar medurs ytterligare 90 grader för att stanna.④ Stoppa strömmen i spolen 1, så att strömmen strömmar in från undersidan av spolen 2 och rinner ut från ovansidan av spolen 2. Insidan av den övre spolen 2 blir S, och insidan av spolen 2. nedre spole 2 blir N.. Permanentmagneten attraheras av sitt magnetfält och roterar medurs ytterligare 90 grader för att stanna.Stegmotorn kan roteras genom att växla strömmen som flyter genom spolen i ovanstående ordning från ① till ④ genom den elektroniska kretsen.I det här exemplet kommer varje omkopplaråtgärd att rotera stegmotorn med 90. Dessutom, när strömmen kontinuerligt flyter genom en viss spole, kan den behålla stopptillståndet och få stegmotorn att ha hållmomentet.Förresten, om strömmen som flyter genom spolen är omvänd, kan stegmotorn roteras i motsatt riktning.
