2) Tegelik pöörlev mootor

Siin tutvustatakse praktilise elektrimasinate pöörlemise meetodina pöörleva magnetvälja tekitamise meetodit kolmefaasilise vahelduvvoolu ja poolide abil.
(Kolmefaasiline vahelduvvool on vahelduvvoolusignaal faasiintervalliga 120°)

• Sünteetiline magnetväli ülaltoodud olekus ① vastab järgmisele joonisele ①.
• Sünteetiline magnetväli ülaltoodud olekus ② vastab ② alloleval joonisel.
• Sünteetiline magnetväli ülaltoodud olekus ③ vastab järgmisele joonisele ③.

Nagu ülalpool kirjeldatud, on südamiku ümber keritud mähis jagatud kolme faasi ning U-faasi mähis, V-faasi mähis ja W-faasi mähis on paigutatud 120° vahedega.Kõrgepingega mähis genereerib N-poolust ja madalpingega pool S-poolust.
Kuna iga faas muutub siinuslainena, muutub iga mähise genereeritud polaarsus (N-poolus, S-poolus) ja selle magnetväli (magnetjõud).
Sel ajal vaadake lihtsalt N-pooluse tekitavat mähist ja muutke järjestust vastavalt U-faasi mähisele → V-faasi mähisele → W-faasi mähisele → U-faasi mähisele, seeläbi pöörlema.

Väikese mootori ehitus

Alloleval joonisel on näidatud kolme mootori üldine struktuur ja võrdlus: samm-mootor, harjatud alalisvoolumootor (DC) ja harjadeta alalisvoolumootor.Nende mootorite põhikomponendid on peamiselt poolid, magnetid ja rootorid.Lisaks jagunevad need erinevate tüüpide tõttu fikseeritud mähisega ja magnetiga fikseeritud tüüpideks.

Järgnevalt kirjeldatakse näidisskeemiga seotud struktuuri.Kuna üksikasjalikumalt võib olla ka muid struktuure, pidage meeles, et selles artiklis kirjeldatud struktuur on suures raamistikus.

Siin on samm-mootori mähis fikseeritud väljastpoolt ja magnet pöörleb seestpoolt.

Siin on harjatud alalisvoolumootori magnetid fikseeritud väljastpoolt ja mähised pööratakse seestpoolt.Harjad ja kommutaator vastutavad mähise toite andmise ja voolu suuna muutmise eest.

Siin on harjadeta mootori mähis fikseeritud väljastpoolt ja magnet pöörleb seestpoolt.

Erinevat tüüpi mootorite tõttu, isegi kui põhikomponendid on samad, on struktuur erinev.Üksikasju selgitatakse üksikasjalikult igas jaotises.

harjatud mootor

Harjatud mootori ehitus

Allpool on näha, kuidas näeb välja mudelites sageli kasutatav harjatud alalisvoolumootor, samuti tavalise kahepooluselise (2 magnetiga) kolme pilu (3 mähisega) mootori plahvatusskeem.Võib-olla on paljudel kogemusi mootori lahtivõtmise ja magneti väljavõtmisega.

On näha, et harjatud alalisvoolumootori püsimagnetid on fikseeritud ja harjatud alalisvoolumootori mähised võivad sisemise keskpunkti ümber pöörata.Statsionaarset külge nimetatakse "staatoriks" ja pöörlevat külge "rootoriks".

Järgnevalt on toodud struktuurikontseptsiooni kujutava struktuuri skemaatiline diagramm.

Pöörleva kesktelje perifeerias on kolm kommutaatorit (painutatud metalllehed voolu lülitamiseks).Vältimaks kokkupuudet üksteisega, on kommutaatorid paigutatud 120° (360°÷3 tükki) intervalliga.Kommutaator pöörleb võlli pöörlemisel.

Üks kommutaator on ühendatud ühe mähise otsaga ja teise pooli otsaga ning kolm kommutaatorit ja kolm mähist moodustavad ahelavõrguna terviku (rõnga).

Kommutaatoriga kokkupuuteks on fikseeritud kaks harja 0° ja 180° nurga all.Väline alalisvoolu toiteallikas on ühendatud harjaga ja vool liigub vastavalt harja → kommutaator → mähis → harja teekonnale.

Harjatud mootori pöörlemispõhimõte

① Pöörake algolekust vastupäeva

Mähis A on peal, ühendage toide harjaga, vasak olgu (+) ja parem (-).Vasakust harjast liigub kommutaatori kaudu mähisesse A suur vool.See on struktuur, milles mähise A ülemisest osast (välisküljest) saab S-poolus.

Kuna 1/2 pooli A voolust voolab vasakpoolsest harjast mähisele B ja poolile C vastupidises suunas poolile A, muutuvad pooli B ja pooli C välisküljed nõrgaks N poolusteks (mida tähistavad veidi väiksemad tähed mähises joonis) .

Nendes mähistes tekkivad magnetväljad ning magnetite tõrjuv ja ligitõmbav mõju allutavad poolidele vastupäeva pöörleva jõu.

② Pöörake edasi vastupäeva

Järgmisena eeldatakse, et parempoolne hari on kontaktis kahe kommutaatoriga olekus, kus mähis A on pööratud vastupäeva 30°.

Mähise A vool voolab jätkuvalt vasakust harjast paremasse harja ja mähise väliskülg hoiab S-poolust.

Mähise B kaudu voolab sama vool kui mähis A ja pooli B väliskülg muutub tugevamaks N-pooluseks.

Kuna pooli C mõlemad otsad on harjade poolt lühises, siis vool ei liigu ega teki magnetvälja.

Isegi sel juhul kogetakse vastupäeva pöörlevat jõudu.

Ajavahemikus ③ kuni ④ jätkab ülemine mähis jõudu vastuvõtmist vasakule ja alumine pool jätkab jõu vastuvõtmist paremale ning jätkab vastupäeva pöörlemist

Kui mähis on pööratud asendisse ③ ja ④ iga 30° järel, kui mähis asetseb horisontaalse kesktelje kohal, muutub mähise väliskülg S-pooluseks;kui mähis asetseb allpool, muutub see N-pooluseks ja seda liikumist korratakse.

Teisisõnu, ülemine mähis surutakse korduvalt vasakule ja alumine mähis korduvalt paremale (mõlemad vastupäeva).See hoiab rootori kogu aeg vastupäeva pöörlemas.

Kui ühendate toite vastassuunalise vasaku (-) ja parema (+) harjaga, tekivad mähistes vastupidised magnetväljad, seega on poolidele rakendatav jõud ka vastupidises suunas, keerates päripäeva.

Lisaks lõpetab toite väljalülitamisel harjatud mootori rootor pöörlemise, kuna puudub magnetväli, mis seda pöörlemas hoiaks.

Kolmefaasiline täislaine harjadeta mootor

Kolmefaasilise täislaineharjadeta mootori välimus ja struktuur

Alloleval joonisel on näide harjadeta mootori välimusest ja ülesehitusest.

Vasakul on näide spindlimootorist, mida kasutatakse optilise ketta keerutamiseks optilise plaadi taasesitusseadmes.Kokku kolmefaasiline × 3 kokku 9 pooli.Paremal on näide FDD-seadme spindlimootorist, milles on kokku 12 mähist (kolmefaasiline × 4).Mähis kinnitatakse trükkplaadile ja keritakse ümber rauasüdamiku.

Kettakujuline osa poolist paremal on püsimagnetrootor.Perifeeria on püsimagnet, rootori võll sisestatakse mähise keskossa ja katab pooliosa ning püsimagnet ümbritseb mähise perifeeriat.

Kolmefaasilise täislaineharjadeta mootori sisemine struktuuriskeem ja pooliühenduse ekvivalentskeem

Järgmine on sisemise struktuuri skemaatiline diagramm ja pooliühenduse samaväärse ahela skemaatiline diagramm.

See siseskeem on näide väga lihtsast 2-pooluselisest (2 magnetit) 3-pesalisest (3 mähist) mootorist.See sarnaneb harjatud mootorikonstruktsiooniga, millel on sama arv poolusi ja pilu, kuid mähise pool on fikseeritud ja magnetid saavad pöörata.Muidugi ei mingeid pintsleid.

Sel juhul on mähis Y-ühendatud, kasutades pooljuhtelementi pooli vooluga varustamiseks ning voolu sisse- ja väljavoolu juhitakse vastavalt pöörleva magneti asendile.Selles näites kasutatakse magneti asukoha tuvastamiseks Halli elementi.Halli element on paigutatud mähiste vahele ning genereeritud pinge tuvastatakse magnetvälja tugevuse alusel ja seda kasutatakse asukohainfona.Varem antud FDD spindlimootori pildil on ka näha, et pooli ja mähise vahel on asendi tuvastamiseks (pooli kohal) Hall element.

Halli elemendid on hästi tuntud magnetandurid.Magnetvälja suuruse saab teisendada pinge suuruseks ja magnetvälja suunda saab väljendada positiivse või negatiivsena.Allpool on skemaatiline diagramm, mis näitab Halli efekti.

Saalielemendid kasutavad ära nähtust, et „kui vool I_{H voolab läbi pooljuhi ja magnetvoog B läheb voolu suhtes täisnurga all, pinge VH}genereeritakse voolu ja magnetväljaga risti olevas suunasAmeerika füüsik Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) avastas selle nähtuse ja nimetas seda "Halli efektiks".Saadud pinge V_Hon esitatud järgmise valemiga.

V_H= (K_H/ d)・I_H・B※K_H: Halli koefitsient, d: magnetvoo läbitungimispinna paksus

Nagu valem näitab, mida suurem on vool, seda suurem on pinge.Seda funktsiooni kasutatakse sageli rootori (magneti) asendi tuvastamiseks.

Kolmefaasilise täislaineharjadeta mootori pöörlemispõhimõte

Harjadeta mootori pöörlemispõhimõtet selgitatakse järgmistes sammudes ① kuni ⑥.Arusaadavuse hõlbustamiseks on püsimagnetid siin lihtsustatud ringidest ristkülikuteni.

①

Kolmefaasiliste mähiste hulgas eeldatakse, et mähis 1 on fikseeritud kella 12 suunas, mähis 2 on fikseeritud kella 4 suunas ja mähis 3 on fikseeritud kella 12 suunas. kella 8 suund.2-pooluselise püsimagneti N poolus olgu vasakul ja S poolus paremal ning seda saab pöörata.

Voolu Io juhitakse mähisesse 1, et tekitada väljaspool mähist S-pooluse magnetvälja.Io/2 vool lastakse voolama poolilt 2 ja mähist 3, et tekitada väljaspool mähist N-pooluseline magnetväli.

Kui mähise 2 ja mähise 3 magnetväljad vektoriseeritakse, tekib allapoole N-pooluseline magnetväli, mis on 0,5 korda suurem kui magnetvälja suurus, mis tekib siis, kui vool Io läbib ühte mähist, ja on 1,5 korda suurem, kui see on lisatud. pooli 1 magnetväljale.See loob tulemuseks oleva magnetvälja püsimagneti suhtes 90° nurga all, nii et saab tekitada maksimaalse pöördemomendi, püsimagnet pöörleb päripäeva.

Mähise 2 voolu vähendamisel ja pooli 3 voolu suurendamisel vastavalt pöörlemisasendile pöörleb ka tekkiv magnetväli päripäeva ja ka püsimagnet jätkab pöörlemist.

②

30° võrra pööratud olekus voolab vool Io mähisesse 1, mähises 2 olev vool muudetakse nulliks ja vool Io voolab mähist 3 välja.

Mähise 1 välisküljest saab S-poolus ja mähise 3 välisküljest N-poolus.Kui vektoreid kombineerida, on saadud magnetväli √3 (≈1,72) korda suurem kui magnetväli, mis tekib siis, kui vool Io läbib mähist.See tekitab ka tulemuseks oleva magnetvälja püsimagneti magnetvälja suhtes 90° nurga all ja pöörleb päripäeva.

Kui mähise 1 sissevoolu voolu Io vastavalt pöörlemisasendile vähendada, mähise 2 sissevoolu voolu suurendada nullist ja mähise 3 väljavoolu voolu suurendada väärtuseni Io, pöörleb ka tekkiv magnetväli päripäeva, ja ka püsimagnet jätkab pöörlemist.

※Eeldusel, et iga faasivool on siinuslainekuju, on voolu väärtus siin Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Magnetvälja vektorsünteesi kaudu saadakse kogu magnetvälja suurus järgmiselt ( √ 3⁄2)²× 2 = 1,5 korda.Kui iga faasivool on siinuslaine, olenemata püsimagneti asendist, on vektorkomposiitmagnetvälja tugevus 1,5 korda suurem kui pooli tekitatud magnetvälja suurus ja magnetväli on 90° nurga all. püsimagneti magnetväljale.

③

30° pöörlemise jätkamise olekus voolab vool Io/2 mähisesse 1, vool Io/2 mähisesse 2 ja vool Io väljub mähist 3.

Mähise 1 välisküljest saab S-poolus, mähise 2 välisküljest saab samuti S-poolus ja mähise 3 välisküljest N-poolus.Kui vektoreid kombineerida, on saadud magnetväli 1,5 korda suurem magnetväljast, mis tekib siis, kui vool Io voolab läbi mähise (sama mis ①).Ka siin tekib püsimagneti magnetvälja suhtes 90° nurga all tulenev magnetväli ja see pöörleb päripäeva.

④～⑥

Pöörake samamoodi nagu ① kuni ③.

Sel viisil, kui mähisesse voolavat voolu pidevalt vastavalt püsimagneti asendile järjestikku lülitada, hakkab püsimagnet pöörlema ​​kindlas suunas.Samamoodi, kui pöörate voolu vastupidiseks ja sellest tuleneva magnetvälja vastupidiseks, pöörleb see vastupäeva.

Alloleval joonisel on pidevalt näidatud iga mähise voolutugevus ülaltoodud sammudes ① kuni ⑥.Ülaltoodud sissejuhatuse kaudu peaks olema võimalik mõista praeguse muutuse ja rotatsiooni vahelist seost.

samm-mootor

Sammmootor on mootor, mis suudab täpselt juhtida pöördenurka ja kiirust sünkroniseerides impulsssignaaliga.Sammmootorit nimetatakse ka "impulssmootoriks".Kuna samm-mootorid suudavad täpset positsioneerimist saavutada ainult avatud ahela juhtimisega ilma asendiandureid kasutamata, kasutatakse neid laialdaselt positsioneerimist vajavates seadmetes.

Sammmootori struktuur (kahefaasiline bipolaarne)

Järgmised joonised vasakult paremale on samm-mootori välimuse näide, sisestruktuuri skemaatiline diagramm ja struktuurikontseptsiooni skemaatiline diagramm.

Välimuse näites on antud HB (hübriid) tüüpi ja PM (püsimagnet) tüüpi sammmootori välimus.Keskel olev struktuuriskeem näitab ka HB tüübi ja PM tüübi struktuuri.

Sammmootor on konstruktsioon, milles mähis on fikseeritud ja püsimagnet pöörleb.Parempoolse samm-mootori sisestruktuuri kontseptuaalne diagramm on näide PM-mootorist, mis kasutab kahefaasilisi (kaks komplekti) mähiseid.Sammmootori põhikonstruktsiooni näites on poolid paigutatud väljapoole ja püsimagnetid seespool.Lisaks kahefaasilistele poolidele on kolmefaasilised ja viiefaasilised tüübid, millel on rohkem faase.

Mõnel samm-mootoril on teistsugune struktuur, kuid selles artiklis on toodud samm-mootori põhistruktuur, et hõlbustada selle tööpõhimõtte tutvustamist.Selle artikli kaudu loodan mõista, et samm-mootor võtab põhimõtteliselt vastu fikseeritud mähise ja pöörleva püsimagneti struktuuri.

Sammmootori tööpõhimõte (ühefaasiline ergutus)

Järgmist joonist kasutatakse samm-mootori tööpõhimõtte tutvustamiseks.See on näide ülaltoodud kahefaasilise bipolaarse mähise iga faasi (poolide komplekti) ergastusest.Selle diagrammi eelduseks on, et olek muutub ①-st ④-ks.Mähis koosneb vastavalt mähisest 1 ja mähisest 2.Lisaks näitavad voolunooled voolu voolu suunda.

①

• Vool voolab sisse pooli 1 vasakust küljest ja väljub pooli 1 paremalt poolt.
• Ärge laske voolul läbi mähise 2 voolata.
• Sel ajal muutub vasaku pooli 1 sisemine külg N ja parema pooli 1 sisemine külg S.
• Seetõttu tõmbab keskel olevat püsimagnetit pooli 1 magnetväli, muutub vasakpoolse S ja parema N olekuks ning peatub.

  ②

• Mähise 1 vool peatatakse ja vool voolab sisse mähise 2 ülemisest küljest ja väljub mähise 2 alumisest küljest.
• Ülemise mähise 2 sisemine külg muutub N ja alumise mähise 2 sisemine külg muutub S.
• Püsimagneti tõmbab ligi tema magnetväli ja see peatub 90° päripäeva pöörates.

  ③

• Mähise 2 vool peatatakse ja vool voolab sisse pooli 1 paremalt poolt ja väljub pooli 1 vasakust küljest.
• Vasaku pooli 1 sisemine külg muutub S-ks ja parempoolse pooli 1 sisemine külg N.
• Püsimagneti tõmbab ligi tema magnetväli ja see peatub veel 90° päripäeva keerates.

  ④

• Mähise 1 vool peatatakse ja vool voolab sisse mähise 2 alumiselt küljelt ja väljub mähise 2 ülemisest küljest.
• Ülemise mähise 2 sisemine külg muutub S-ks ja alumise mähise 2 sisemine külg muutub N-ks.
• Püsimagneti tõmbab ligi tema magnetväli ja see peatub veel 90° päripäeva keerates.