Bijna de helft van het energieverbruik in de wereld wordt verbruikt door motoren, dus het hoge rendement van motoren wordt de meest effectieve maatregel genoemd om de energieproblemen in de wereld op te lossen.
Over het algemeen verwijst het naar de transformatie van de kracht die wordt gegenereerd door de stroom die in het magnetische veld vloeit in roterende actie, en in brede zin omvat het ook lineaire actie.Afhankelijk van het type voeding dat door de motor wordt aangedreven, kan deze worden onderverdeeld in DC-motor en AC-motor.Volgens het principe van motorrotatie kan deze grofweg in de volgende categorieën worden verdeeld.(behalve speciale motoren)
AC AC-motor Borstelmotor: De veelgebruikte borstelmotor wordt over het algemeen DC-motor genoemd.Een elektrode die een “borstel” (statorzijde) en een “commutator” (ankerzijde) wordt genoemd, worden achtereenvolgens in contact gebracht om de stroom te schakelen, waardoor een roterende actie wordt uitgevoerd.Borstelloze gelijkstroommotor: hij heeft geen borstels en commutatoren nodig, maar gebruikt schakelfuncties zoals transistors om stroom te schakelen en rotatie uit te voeren.Stappenmotor: Deze motor werkt synchroon met pulsvermogen, daarom wordt hij ook wel pulsmotor genoemd.Het kenmerk is dat het gemakkelijk een nauwkeurige positionering kan realiseren.Asynchrone motor: Wisselstroom zorgt ervoor dat de stator een roterend magnetisch veld produceert, waardoor de rotor geïnduceerde stroom produceert en onder zijn interactie roteert.AC-motor (wisselstroom) Synchrone motor: wisselstroom creëert een roterend magnetisch veld en de rotor met magnetische polen draait door aantrekking.De rotatiesnelheid is gesynchroniseerd met de vermogensfrequentie.
Over stroom, magnetisch veld en kracht Laten we eerst, om de volgende uitleg van het motorprincipe te vergemakkelijken, de basiswetten/regels over stroom, magnetisch veld en kracht bekijken.Hoewel er een gevoel van nostalgie heerst, is het gemakkelijk om deze kennis te vergeten als je niet vaak magnetische componenten gebruikt.
Hoe draait de motor?1) de motor draait met behulp van magneten en magnetische kracht.Rond een permanente magneet met een roterende as, ① roteer de magneet (om een roterend magnetisch veld te genereren), ② volgens het principe dat verschillende polen van de N-pool en de S-pool aantrekken en hetzelfde niveau afstoten, ③ de magneet met een roterende as zal draaien.
De stroom die door de draad vloeit, veroorzaakt een roterend magnetisch veld (magnetische kracht) eromheen, waardoor de magneet gaat roteren, wat eigenlijk dezelfde actietoestand is als deze.
Wanneer de draad in een spoel wordt gewikkeld, wordt bovendien de magnetische kracht gesynthetiseerd, waardoor een grote magnetische veldflux (magnetische flux) ontstaat, wat resulteert in een N-pool en een S-pool.Door de ijzeren kern in de spoelvormige geleider te steken, kunnen de magnetische veldlijnen bovendien gemakkelijk worden doorgelaten en kunnen ze een sterkere magnetische kracht genereren.2) Werkelijke roterende motor Hier wordt, als praktische methode voor het roteren van een elektrische machine, de methode geïntroduceerd voor het vervaardigen van een roterend magnetisch veld door gebruik te maken van driefasige wisselstroom en een spoel.(Driefasige AC is een AC-signaal met een fase-interval van 120.) De spoelen die rond de ijzeren kern zijn gewikkeld, zijn verdeeld in drie fasen, en U-fasespoelen, V-fasespoelen en W-fasespoelen zijn gerangschikt met intervallen van 120. De spoelen met hoge spanning genereren N-polen, en de spoelen met lage spanning genereren S-polen.Elke fase verandert volgens een sinusgolf, dus de polariteit (N-pool, S-pool) gegenereerd door elke spoel en zijn magnetische veld (magnetische kracht) zullen veranderen.Kijk op dit moment gewoon naar de spoelen die N-polen genereren en verander ze in de volgorde U-fasespoel →V-fasespoel →W-fasespoel →U-fasespoel, en dus roterend.Structuur van kleine motor De volgende afbeelding toont de algemene structuur en vergelijking van stappenmotor, geborstelde gelijkstroommotor en borstelloze gelijkstroommotor.De basiscomponenten van deze motoren zijn voornamelijk spoelen, magneten en rotoren.Bovendien zijn ze, vanwege de verschillende typen, onderverdeeld in een vast spoeltype en een vast magneettype.
Hierbij is de magneet van de borstel-gelijkstroommotor aan de buitenkant bevestigd en draait de spoel aan de binnenkant.De borstel en commutator zijn verantwoordelijk voor het leveren van stroom aan de spoel en het veranderen van de stroomrichting.Hierbij is de spoel van de borstelloze motor aan de buitenkant bevestigd en draait de magneet aan de binnenkant.Vanwege de verschillende soorten motoren zijn hun structuren verschillend, ook al zijn de basiscomponenten hetzelfde.In elk onderdeel wordt dit gedetailleerd uitgelegd.Geborstelde motor Structuur van de borstelmotor Het volgende is het uiterlijk van de geborstelde gelijkstroommotor die vaak in het model wordt gebruikt, en het uiteengenomen schematische diagram van de gewone tweepolige (twee magneten) drie-slots (drie spoelen) motor.Misschien hebben veel mensen de ervaring van het demonteren van de motor en het verwijderen van de magneet.Het is te zien dat de permanente magneet van de borstel-DC-motor vast is en dat de spoel van de borstel-DC-motor rond het binnenste midden kan draaien.De vaste zijde wordt “stator” genoemd en de roterende zijde wordt “rotor” genoemd.
Rotatieprincipe van de borstelmotor ① Draai tegen de klok in vanuit de beginstand. Spoel A bevindt zich bovenaan en verbindt de voeding met de borstel, en laat de linkerkant (+) en de rechterkant (-) zijn.Er vloeit een grote stroom van de linkerborstel naar spoel A via de commutator.Dit is een structuur waarbij het bovenste deel (buitenkant) van spoel A de S-pool wordt.Omdat de helft van de stroom van spoel A van de linkerborstel naar spoel B en spoel C in de tegenovergestelde richting van spoel A vloeit, worden de buitenzijden van spoel B en spoel C zwakke N-polen (aangegeven door iets kleinere letters in de figuur).Het magnetische veld dat in deze spoelen wordt gegenereerd en de afstoting en aantrekking van magneten zorgen ervoor dat de spoelen tegen de klok in draaien.② verdere rotatie tegen de klok in.Vervolgens wordt aangenomen dat de rechterborstel in contact staat met twee commutatoren in de toestand dat spoel A 30 graden tegen de klok in draait.De stroom van spoel A stroomt continu van de linkerborstel naar de rechterborstel, en de buitenkant van de spoel houdt de S-pool vast.Dezelfde stroom als spoel A vloeit door spoel B, en de buitenkant van spoel B wordt een sterkere N-pool.Omdat beide uiteinden van spoel C door borstels worden kortgesloten, vloeit er geen stroom en wordt er geen magnetisch veld gegenereerd.Zelfs in dit geval zal het worden onderworpen aan de kracht van rotatie tegen de klok in.Van ③ tot ④ ontvangt de bovenste spoel continu de kracht die naar links beweegt, en de onderste spoel ontvangt continu de kracht die naar rechts beweegt, en blijft tegen de klok in draaien.Wanneer de spoel elke 30 graden naar ③ en ④ draait, wanneer de spoel zich boven de centrale horizontale as bevindt, wordt de buitenkant van de spoel een S-pool;Wanneer de spoel zich hieronder bevindt, wordt deze een N-pool en wordt deze beweging herhaald.Met andere woorden, de bovenste spoel wordt herhaaldelijk onderworpen aan een kracht die naar links beweegt, en de onderste spoel wordt herhaaldelijk onderworpen aan een kracht die naar rechts beweegt (beide tegen de klok in).Hierdoor draait de rotor altijd tegen de klok in.Als de voeding is aangesloten op de tegenoverliggende linkerborstel (-) en rechterborstel (+), wordt er in de spoel een magnetisch veld met tegengestelde richtingen gegenereerd, zodat de richting van de kracht die op de spoel wordt uitgeoefend ook tegengesteld is en met de klok mee draait .Bovendien zal de rotor van de borstelmotor stoppen met draaien wanneer de stroomtoevoer wordt uitgeschakeld, omdat er geen magnetisch veld is dat hem draaiende houdt.Driefasige full-wave borstelloze motor Uiterlijk en structuur van driefasige full-wave borstelloze motor
Intern structuurdiagram en equivalent circuit van spoelaansluiting van driefasige dubbelzijdige borstelloze motor. Hierna volgt het schematische diagram van de interne structuur en het equivalente schakelschema van de spoelaansluiting.Het interne structuurdiagram is een eenvoudig voorbeeld van een 2-polige (2 magneten) 3-slots (3 spoelen) motor.Het is vergelijkbaar met de borstelmotorstructuur met hetzelfde aantal polen en sleuven, maar de spoelzijde is vast en de magneet kan draaien.Natuurlijk is er geen borstel.In dit geval gebruikt de spoel de Y-verbindingsmethode en wordt het halfgeleiderelement gebruikt om stroom aan de spoel te leveren, en worden de instroom en uitstroom van stroom geregeld volgens de positie van de roterende magneet.In dit voorbeeld wordt een Hall-element gebruikt om de positie van de magneet te detecteren.Het Hall-element is tussen de spoelen aangebracht en detecteert de gegenereerde spanning op basis van de magnetische veldsterkte en gebruikt deze als positie-informatie.In de eerder gegeven afbeelding van de FDD-spilmotor is ook te zien dat er een Hall-element (boven de spoel) tussen de spoel en de spoel zit om de positie te detecteren.Hall-element is een bekende magnetische sensor.De grootte van het magnetische veld kan worden omgezet in de grootte van de spanning, en de richting van het magnetische veld kan worden weergegeven als positief en negatief.
Rotatieprincipe van driefasige dubbelzijdige borstelloze motor Vervolgens wordt het rotatieprincipe van de borstelloze motor uitgelegd volgens de stappen ① ~ ⑥.Voor een beter begrip is de permanente magneet hier vereenvoudigd van rond naar rechthoekig.① Laat in de driefasige spoel spoel 1 in de 12-uursrichting van de klok worden gefixeerd, spoel 2 in de 4-uursrichting van de klok en spoel 3 in de 8-uursrichting. uurrichting van de klok.Laat de N-pool van de 2-polige permanente magneet zich aan de linkerkant bevinden en de S-pool aan de rechterkant, en deze kan draaien.Een stroom Io vloeit in de spoel 1 en genereert een S-pool magnetisch veld buiten de spoel.De Io/2-stroom vloeit uit de spoel 2 en de spoel 3 en genereert een N-pool magnetisch veld buiten de spoel.Wanneer de magnetische velden van spoel 2 en spoel 3 vector-gesynthetiseerd zijn, wordt een N-pool magnetisch veld naar beneden gegenereerd, dat 0,5 keer zo groot is als het magnetische veld dat wordt gegenereerd wanneer stroom Io door één spoel gaat, en wanneer dit wordt opgeteld bij de magnetische velden van spoel 2 en spoel 3. veld van spoel 1, wordt het 1,5 keer.Hierdoor ontstaat een samengesteld magnetisch veld met een hoek van 90 graden ten opzichte van de permanente magneet, waardoor het maximale koppel kan worden gegenereerd en de permanente magneet met de klok mee draait.Wanneer de stroom van de spoel 2 wordt verminderd en de stroom van de spoel 3 wordt verhoogd afhankelijk van de rotatiepositie, roteert het resulterende magnetische veld ook met de klok mee, en blijft de permanente magneet ook roteren.② Bij een rotatie van 30 graden stroomt de stroom Io in de spoel 1, zodat de stroom in de spoel 2 nul is, en de stroom Io uit de spoel 3 vloeit. De buitenkant van de spoel 1 wordt een S-pool, en de buitenzijde van de spoel 3 wordt een N-pool.Wanneer de vectoren worden gecombineerd, is het gegenereerde magnetische veld √3 (≈1,72) keer het gegenereerde wanneer de stroom Io door een spoel gaat.Dit zal ook een resulterend magnetisch veld produceren onder een hoek van 90 ten opzichte van het magnetische veld van de permanente magneet, en met de klok mee roteren.Wanneer de instroomstroom Io van spoel 1 wordt verminderd volgens de rotatiepositie, wordt de instroomstroom van spoel 2 verhoogd van nul en wordt de uitstroomstroom van spoel 3 verhoogd naar Io, het resulterende magnetische veld roteert ook met de klok mee, en de permanente magneet blijft draaien.Ervan uitgaande dat elke fasestroom sinusoïdaal is, is de huidige waarde hier io× sin (π 3) = io× √ 32. Door vectorsynthese van het magnetische veld is het totale magnetische veld (√ 32) 2× 2 = 1,5 maal de magnetisch veld gegenereerd door een spoel.※.Wanneer elke fasestroom een sinusgolf is, ongeacht waar de permanente magneet zich bevindt, is de grootte van het vectorsamengestelde magnetische veld 1,5 keer de grootte van het magnetische veld dat door een spoel wordt gegenereerd, en vormt het magnetische veld een hoek van 90 graden ten opzichte van het magnetische veld van de permanente magneet.③ Terwijl de rotatie nog steeds 30 graden duurt, vloeit de stroom Io/2 naar spoel 1, stroomt de stroom Io/2 naar spoel 2 en stroomt de stroom Io uit spoel 3. De buitenkant van spoel 1 wordt de S-pool wordt de buitenkant van de spoel 2 de S-pool, en de buitenkant van de spoel 3 de N-pool.Wanneer de vectoren worden gecombineerd, is het gegenereerde magnetische veld 1,5 keer zo groot als dat gegenereerd wanneer de stroom Io door een spoel stroomt (hetzelfde als ①).Ook hier zal een synthetisch magneetveld met een hoek van 90 graden ten opzichte van het magneetveld van de permanente magneet worden opgewekt en met de klok mee worden geroteerd.④～⑥ Draai op dezelfde manier als ① ~ ③.Op deze manier zal, als de stroom die in de spoel vloeit continu wordt geschakeld afhankelijk van de positie van de permanente magneet, de permanente magneet in een vaste richting roteren.Op dezelfde manier, als de stroom in de tegenovergestelde richting vloeit en het synthetische magnetische veld wordt omgekeerd, zal het tegen de klok in draaien.De volgende afbeelding toont de stroom van elke spoel in elke stap van ① tot ⑥.Via de bovenstaande inleiding zouden we de relatie tussen huidige verandering en rotatie moeten kunnen begrijpen.stappenmotor Een stappenmotor is een soort motor die de rotatiehoek en snelheid synchroon en nauwkeurig kan regelen met een pulssignaal.Stappenmotor wordt ook wel “pulsmotor” genoemd.Een stappenmotor wordt veel gebruikt in de apparatuur die moet worden gepositioneerd, omdat deze alleen een nauwkeurige positionering kan realiseren via open-lusregeling zonder gebruik te maken van een positiesensor.Opbouw stappenmotor (tweefasig bipolair) In de verschijningsvoorbeelden worden de verschijningsvormen van HB (hybride) en PM (permanente magneet) stappenmotoren gegeven.Het structuurdiagram in het midden toont ook de structuur van HB en PM.Stappenmotor is een constructie met een vaste spoel en een roterende permanente magneet.Het conceptuele diagram van de interne structuur van de stappenmotor aan de rechterkant is een voorbeeld van een PM-motor die tweefasige (twee groepen) spoelen gebruikt.In het basisstructuurvoorbeeld van een stappenmotor is de spoel aan de buitenkant aangebracht en de permanente magneet aan de binnenkant.Naast twee fasen zijn er veel soorten spoelen met drie fasen en vijf gelijke fasen.Sommige stappenmotoren hebben andere structuren, maar om hun werkingsprincipes te introduceren, geeft dit artikel de basisstructuur van stappenmotoren.Door dit artikel hoop ik te begrijpen dat de stappenmotor in principe de structuur van spoelfixatie en permanente magneetrotatie overneemt.Basiswerkprincipe van stappenmotor (eenfasige excitatie) De volgende toepassingen introduceren het basiswerkprincipe van stappenmotor.① Er stroomt stroom in vanaf de linkerkant van spoel 1 en uit via de rechterkant van spoel 1. Laat de stroom niet door spoel 2 stromen. Op dit moment wordt de binnenkant van de linkerspoel 1 N, en de binnenkant van de rechterspoel 1 wordt S.. Daarom wordt de middelste permanente magneet aangetrokken door het magnetische veld van spoel 1 en stopt in de toestand van de linkerkant S en de rechterkant N.. ② Stop de stroom in spoel 1, zodat de stroom binnenkomt vanaf de bovenkant van spoel 2 en uitstroomt via de onderkant van spoel 2. De binnenkant van de bovenste spoel 2 wordt N en de binnenkant van de onderste spoel 2 wordt S. De permanente magneet wordt aangetrokken door zijn magnetisch veld en stopt met draaien 90 met de klok mee.③ Stop de stroom in spoel 2, zodat de stroom binnenkomt vanaf de rechterkant van spoel 1 en uitstroomt vanaf de linkerkant van spoel 1. De binnenkant van de linker spoel 1 wordt S, en de binnenkant van de rechter spoel 1 wordt N.. De permanente magneet wordt aangetrokken door zijn magnetisch veld en draait nog eens 90 graden met de klok mee om te stoppen.④ Stop de stroom in spoel 1, zodat de stroom binnenkomt vanaf de onderkant van spoel 2 en uitstroomt via de bovenkant van spoel 2. De binnenkant van de bovenste spoel 2 wordt S, en de binnenkant van de onderste spoel 2 wordt N. De permanente magneet wordt aangetrokken door zijn magnetisch veld en draait nog eens 90 graden met de klok mee om te stoppen.De stappenmotor kan worden geroteerd door de stroom die door de spoel vloeit in de bovenstaande volgorde van ① naar ④ te schakelen via het elektronische circuit.In dit voorbeeld zal elke schakelactie de stappenmotor met 90 roteren. Bovendien, wanneer de stroom continu door een bepaalde spoel stroomt, kan deze de stopstatus behouden en ervoor zorgen dat de stappenmotor het houdkoppel heeft.Trouwens, als de stroom die door de spoel vloeit, wordt omgekeerd, kan de stappenmotor in de tegenovergestelde richting worden gedraaid.
