Téměř polovinu světové spotřeby energie spotřebují motory, takže vysoká účinnost motorů je označována za nejúčinnější opatření k řešení světových energetických problémů.
Obecně řečeno, jedná se o přeměnu síly generované proudem protékajícím v magnetickém poli na rotační působení a v širším smyslu zahrnuje i lineární působení.Podle typu napájecího zdroje poháněného motorem jej lze rozdělit na stejnosměrný motor a střídavý motor.Podle principu otáčení motoru jej lze zhruba rozdělit do následujících kategorií.(kromě speciálních motorů)
Střídavý střídavý motor Kartáčovaný motor: Široce používaný kartáčovaný motor se obecně nazývá DC motor.Elektroda zvaná „kartáč“ (strana statoru) a „komutátor“ (strana kotvy) jsou postupně kontaktovány, aby spínaly proud, čímž provádějí rotační činnost.Bezkomutátorový stejnosměrný motor: Nepotřebuje kartáče a komutátory, ale ke spínání proudu a rotaci využívá spínací funkce, jako jsou tranzistory.Krokový motor: Tento motor pracuje synchronně s pulzním výkonem, proto se mu také říká pulzní motor.Jeho charakteristikou je, že může snadno realizovat přesné polohování.Asynchronní motor: Střídavý proud způsobuje, že stator vytváří rotující magnetické pole, díky kterému rotor vytváří indukovaný proud a otáčí se pod jeho interakcí.AC (střídavý proud) motor Synchronní motor: střídavý proud vytváří rotující magnetické pole a rotor s magnetickými póly se otáčí vlivem přitažlivosti.Rychlost otáčení je synchronizována s frekvencí napájení.
O proudu, magnetickém poli a síle Nejprve si pro usnadnění následujícího vysvětlení principu motoru zopakujme základní zákony/pravidla o proudu, magnetickém poli a síle.Přestože je zde cítit nostalgie, je snadné na tento poznatek zapomenout, pokud magnetické součástky často nepoužíváte.
Jak se motor otáčí?1) motor se otáčí pomocí magnetů a magnetické síly.Kolem permanentního magnetu s rotujícím hřídelem ① otáčejte magnetem (pro generování rotujícího magnetického pole), ② podle principu, že různé póly pólu N a pólu S se přitahují a stejná úroveň odpuzují, ③ magnet se rotující hřídel se bude otáčet.
Proud tekoucí drátem způsobuje kolem něj rotující magnetické pole (magnetickou sílu), takže magnet rotuje, což je vlastně stejný akční stav jako tento.
Navíc, když je drát navinut do cívky, magnetická síla je syntetizována a vytváří velký tok magnetického pole (magnetický tok), jehož výsledkem je N-pól a S-pól.Navíc vložením železného jádra do vodiče ve tvaru cívky se magnetické siločáry stanou snadno průchodnými a mohou generovat silnější magnetickou sílu.2) Skutečný točivý motor Zde je jako praktický způsob točivého elektrického stroje představen způsob výroby točivého magnetického pole pomocí třífázového střídavého proudu a cívky.(Třífázový střídavý proud je střídavý signál s fázovým intervalem 120.) Cívky navinuté kolem železného jádra jsou rozděleny do tří fází a cívky U-fázové, V-fázové a W-fázové jsou uspořádány v intervalech po 120. Cívky s vysokým napětím generují N pólů a cívky s nízkým napětím generují S pólů.Každá fáze se mění podle sinusovky, takže se změní polarita (N pól, S pól) generovaná každou cívkou a její magnetické pole (magnetická síla).V tuto chvíli se stačí podívat na cívky, které generují N pólů, a změnit je v pořadí U-fázová cívka →V-fázová cívka →W-fázová cívka →U-fázová cívka, čímž se otáčejí.Struktura malého motoru Následující obrázek ukazuje obecnou konstrukci a srovnání krokového motoru, kartáčovaného DC motoru a bezkomutátorového DC motoru.Základními součástmi těchto motorů jsou především cívky, magnety a rotory.Navíc se kvůli různým typům dělí na cívkový pevný typ a magnetový pevný typ.
Zde je magnet kartáčového stejnosměrného motoru upevněn na vnější straně a cívka se otáčí uvnitř.Kartáč a komutátor jsou zodpovědné za napájení cívky a změnu směru proudu.Zde je cívka bezkomutátorového motoru upevněna na vnější straně a magnet se otáčí uvnitř.Vzhledem k různým typům motorů se jejich konstrukce liší, i když jsou základní komponenty stejné.V každé části to bude podrobně vysvětleno.Kartáčovaný motor Struktura kartáčového motoru Níže je uveden vzhled kartáčovaného stejnosměrného motoru často používaného v modelu a rozložený schematický diagram běžného dvoupólového (dva magnety) tříštěrbinového (tři cívky) motoru.Možná má mnoho lidí zkušenost s rozebráním motoru a vyjmutím magnetu.Je vidět, že permanentní magnet stejnosměrného motoru kartáče je pevný a cívka stejnosměrného motoru kartáče se může otáčet kolem vnitřního středu.Pevná strana se nazývá „stator“ a rotační strana se nazývá „rotor“.
Princip otáčení motoru kartáče ① Otočte proti směru hodinových ručiček z výchozího stavu Cívka A je nahoře, připojuje napájení ke kartáči a levá strana musí být (+) a pravá strana (-).Z levého kartáče do cívky A teče přes komutátor velký proud.Toto je struktura, ve které se horní část (vnější) cívky A stává S pólem.Protože 1/2 proudu cívky A teče z levého kartáče do cívky B a cívky C v opačném směru k cívce A, vnější strany cívky B a cívky C se stanou slabými N póly (označeno mírně menšími písmeny v postava).Magnetické pole generované v těchto cívkách a odpuzování a přitahování magnetů způsobují, že se cívky otáčejí proti směru hodinových ručiček.② další otáčení proti směru hodinových ručiček.Dále se předpokládá, že pravý kartáč je v kontaktu se dvěma komutátory ve stavu, kdy se cívka A otáčí proti směru hodinových ručiček o 30 stupňů.Proud cívky A plynule přetéká z levého kartáče do pravého kartáče a vnější strana cívky udržuje pól S.Stejný proud jako cívkou A protéká cívkou B a vnější strana cívky B se stává silnějším N-pólem.Protože oba konce cívky C jsou zkratovány kartáči, neprotéká žádný proud a nevytváří se magnetické pole.I v tomto případě bude vystavena síle otáčení proti směru hodinových ručiček.Od ③ do ④ horní cívka nepřetržitě přijímá sílu pohybující se doleva a spodní cívka nepřetržitě přijímá sílu pohybující se doprava a pokračuje v otáčení proti směru hodinových ručiček.Když se cívka otočí o ③ a ④ každých 30 stupňů, když je cívka umístěna nad středovou horizontální osou, vnější strana cívky se změní na S pól;Když je cívka umístěna níže, stane se N pólem a tento pohyb se opakuje.Jinými slovy, horní cívka je opakovaně vystavena síle pohybující se doleva a spodní cívka je opakovaně vystavena síle pohybující se doprava (obojí proti směru hodinových ručiček).To způsobí, že se rotor vždy otáčí proti směru hodinových ručiček.Pokud je napájecí zdroj připojen k protilehlému levému kartáči (-) a pravému kartáči (+), bude v cívce generováno magnetické pole s opačným směrem, takže směr síly působící na cívku je také opačný, otáčením ve směru hodinových ručiček .Po odpojení napájení se navíc rotor motoru kartáče přestane otáčet, protože neexistuje žádné magnetické pole, které by jej udrželo v rotaci.Třífázový plnovlnný bezkomutátorový motor Vzhled a struktura třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru
Schéma vnitřní struktury a náhradní obvod zapojení cívky třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru Dále je schéma vnitřní struktury a náhradní schéma zapojení cívky.Schéma vnitřní struktury je jednoduchým příkladem 2-pólového (2 magnety) 3-slotového (3 cívky) motoru.Je to podobné jako u kartáčového motoru se stejným počtem pólů a štěrbin, ale strana cívky je pevná a magnet se může otáčet.Samozřejmě nechybí štětec.V tomto případě cívka využívá metodu připojení Y a polovodičový prvek se používá k napájení cívky a přítok a odtok proudu je řízen podle polohy rotujícího magnetu.V tomto příkladu je Hallův prvek použit k detekci polohy magnetu.Hallův prvek je uspořádán mezi cívkami a detekuje generované napětí podle intenzity magnetického pole a používá ho jako informaci o poloze.Na obrázku FDD vřetenového motoru uvedeného výše je také vidět, že mezi cívkou a cívkou je Hallův prvek (nad cívkou) pro detekci polohy.Hallův prvek je známý magnetický senzor.Velikost magnetického pole lze převést na velikost napětí a směr magnetického pole lze vyjádřit kladným a záporným znaménkem.
Princip otáčení třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru Dále bude vysvětlen princip otáčení bezkomutátorového motoru podle kroků ① ~ ⑥.Pro snadné pochopení je zde permanentní magnet zjednodušen z kruhového na obdélníkový.① U třífázové cívky nechte cívku 1 upevněnou ve směru 12 hodin hodin, cívku 2 ve směru 4 hodin hodin a cívku 3 upevněte ve směru 8 hodin. hodinový směr hodin.Nechť N pól 2-pólového permanentního magnetu je vlevo a S pól vpravo a může se otáčet.Proud Io teče do cívky 1 a vytváří magnetické pole S-pólu vně cívky.Proud Io/2 teče z cívky 2 a cívky 3 a vytváří N-pólové magnetické pole vně cívky.Když jsou magnetická pole cívky 2 a cívky 3 vektorově syntetizována, generuje se směrem dolů N-pólové magnetické pole, které je 0,5krát větší než magnetické pole generované, když proud Io prochází jednou cívkou, a když se přidá k magnetickému poli. pole cívky 1, stane se 1,5násobkem.To vytvoří složené magnetické pole s úhlem 90 vzhledem k permanentnímu magnetu, takže lze generovat maximální točivý moment a permanentní magnet se otáčí ve směru hodinových ručiček.Když se proud cívky 2 sníží a proud cívky 3 se zvýší podle polohy natočení, výsledné magnetické pole se také otáčí ve směru hodinových ručiček a permanentní magnet také pokračuje v rotaci.② Při otočení o 30 stupňů teče proud Io do cívky 1, takže proud v cívce 2 je nulový a proud Io teče ven z cívky 3. Vnější strana cívky 1 se stává S pólem, a vnější strana cívky 3 se stává N pólem.Když jsou vektory kombinovány, generované magnetické pole je √3(≈1,72) krát větší než magnetické pole generované, když proud Io prochází cívkou.To také vytvoří výsledné magnetické pole pod úhlem 90 vzhledem k magnetickému poli permanentního magnetu a otočí se ve směru hodinových ručiček.Když se přítokový proud Io cívky 1 sníží podle polohy otáčení, přítokový proud cívky 2 se zvýší z nuly a výstupní proud cívky 3 se zvýší na Io, výsledné magnetické pole se také otáčí ve směru hodinových ručiček, a permanentní magnet se dále otáčí.Za předpokladu, že každý fázový proud je sinusový, je zde aktuální hodnota io× sin (π 3) = io× √ 32. Díky vektorové syntéze magnetického pole je celkové magnetické pole (√ 32) 2× 2 = 1,5 krát větší než magnetické pole generované cívkou.※.Když je každý fázový proud sinusovou vlnou, bez ohledu na to, kde je permanentní magnet umístěn, je velikost vektorového kompozitního magnetického pole 1,5násobkem magnetického pole generovaného cívkou a magnetické pole tvoří 90° úhel vzhledem k magnetické pole permanentního magnetu.③ Ve stavu pokračujícího otáčení o 30 stupňů teče proud Io/2 do cívky 1, proud Io/2 teče do cívky 2 a proud Io teče z cívky 3. Vnější strana cívky 1 se stává S pólem vnější strana cívky 2 se stane S pólem a vnější strana cívky 3 se stane N pólem.Když jsou vektory kombinovány, generované magnetické pole je 1,5krát větší než generované, když proud Io protéká cívkou (stejné jako ①).Zde bude také generováno syntetické magnetické pole s úhlem 90 stupňů vzhledem k magnetickému poli permanentního magnetu a rotováno ve směru hodinových ručiček.④～⑥ Otočte stejným způsobem jako ① ~ ③.Tímto způsobem, pokud se proud tekoucí do cívky plynule přepíná podle polohy permanentního magnetu, bude se permanentní magnet otáčet pevným směrem.Podobně, pokud proud teče v opačném směru a syntetické magnetické pole se obrátí, bude se otáčet proti směru hodinových ručiček.Následující obrázek ukazuje proud každé cívky v každém kroku od ① do ⑥.Prostřednictvím výše uvedeného úvodu bychom měli být schopni porozumět vztahu mezi aktuální změnou a rotací.krokový motor Krokový motor je druh motoru, který může synchronně a přesně ovládat úhel otáčení a rychlost pomocí pulzního signálu.Krokový motor se také nazývá „pulzní motor“.Krokový motor je široce používán v zařízení, které potřebuje polohování, protože může realizovat přesné polohování pouze prostřednictvím řízení s otevřenou smyčkou bez použití snímače polohy.Konstrukce krokového motoru (dvoufázové bipolární) V příkladech vzhledu je uveden vzhled krokových motorů HB (hybrid) a PM (permanentní magnet).Strukturní diagram uprostřed také ukazuje strukturu HB a PM.Krokový motor je konstrukce s pevnou cívkou a rotujícím permanentním magnetem.Koncepční schéma vnitřní struktury krokového motoru vpravo je příkladem PM motoru využívajícího dvoufázové (dvě skupiny) cívky.V základním příkladu konstrukce krokového motoru je cívka uspořádána vně a permanentní magnet je uspořádán uvnitř.Kromě dvou fází existuje mnoho typů cívek se třemi fázemi a pěti stejnými fázemi.Některé krokové motory mají jiné odlišné struktury, ale aby bylo možné představit jejich pracovní principy, tento článek uvádí základní strukturu krokových motorů.Doufám, že prostřednictvím tohoto článku pochopím, že krokový motor v podstatě přijímá strukturu fixace cívky a rotace permanentního magnetu.Základní pracovní princip krokového motoru (jednofázové buzení) Níže je uveden základní pracovní princip krokového motoru.① Proud teče z levé strany cívky 1 a ven z pravé strany cívky 1. Nedovolte, aby proud procházel cívkou 2. V tomto okamžiku se vnitřek levé cívky 1 změní na N a vnitřek pravá cívka 1 se změní na S.. Proto je střední permanentní magnet přitahován magnetickým polem cívky 1 a zastaví se ve stavu levé strany S a pravé strany N.. ② Zastavte proud v cívce 1, takže proud přitéká z horní strany cívky 2 a vytéká ze spodní strany cívky 2. Vnitřní strana horní cívky 2 se změní na N a vnitřní strana spodní cívky 2 na S.. Permanentní magnet je přitahován svým magnetickým polem a přestane se otáčet o 90 ve směru hodinových ručiček.③ Zastavte proud v cívce 2, aby proud protékal z pravé strany cívky 1 a vytékal z levé strany cívky 1. Vnitřek levé cívky 1 se změní na S a vnitřek pravé cívky 1 se změní na N.. Permanentní magnet je přitahován jeho magnetickým polem a otáčí se ve směru hodinových ručiček o dalších 90 stupňů, aby se zastavil.④ Zastavte proud v cívce 1, aby proud protékal ze spodní strany cívky 2 a vytékal z horní strany cívky 2. Vnitřek horní cívky 2 se změní na S a vnitřek cívky spodní cívka 2 se změní na N.. Permanentní magnet je přitahován jeho magnetickým polem a otáčí se ve směru hodinových ručiček o dalších 90 stupňů, aby se zastavil.Krokový motor lze otáčet přepínáním proudu procházejícího cívkou ve výše uvedeném pořadí od ① do ④ elektronickým obvodem.V tomto příkladu každá akce spínače otočí krokový motor o 90. Navíc, když proud nepřetržitě protéká určitou cívkou, může to udržet stav zastavení a zajistit, aby krokový motor měl přídržný moment.Mimochodem, pokud je proud procházející cívkou obrácený, lze krokový motor otáčet v opačném směru.
