2) Todellinen pyörivä moottori

Tässä käytännöllisenä menetelmänä sähkökoneiden pyörittämiseksi esitellään menetelmä pyörivän magneettikentän tuottamiseksi käyttämällä kolmivaiheista vaihtovirtaa ja keloja.
(Kolmivaiheinen vaihtovirta on vaihtovirtasignaali, jonka vaiheväli on 120°)

• Synteettinen magneettikenttä yllä olevassa tilassa ① vastaa seuraavaa kuvaa ①.
• Synteettinen magneettikenttä yllä olevassa tilassa ② vastaa ② alla olevassa kuvassa.
• Synteettinen magneettikenttä yllä olevassa tilassa ③ vastaa seuraavaa kuvaa ③.

Kuten edellä on kuvattu, sydämen ympärille kierretty käämi on jaettu kolmeen vaiheeseen, ja U-vaiheen käämi, V-vaiheen käämi ja W-vaiheen käämi on järjestetty 120°:n välein.Korkeajännitteinen käämi tuottaa N-napaa ja matalajännitteinen käämi S-napaa.
Koska jokainen vaihe muuttuu siniaallona, ​​kunkin kelan ja sen magneettikentän (magneettinen voima) muodostama polariteetti (N-napa, S-napa) muuttuu.
Tällä hetkellä katso vain kelaa, joka tuottaa N-navan, ja vaihda järjestystä U-vaiheen käämi → V-vaiheen käämi → W-vaiheen käämi → U-vaiheen käämi, jolloin se pyörii.

Pienen moottorin rakenne

Alla oleva kuva esittää kolmen moottorin yleisen rakenteen ja vertailun: askelmoottorin, harjatun tasavirtamoottorin (DC) ja harjattoman tasavirtamoottorin (DC).Näiden moottoreiden peruskomponentit ovat pääasiassa käämit, magneetit ja roottorit.Lisäksi eri tyypeistä johtuen ne jaetaan kiinteään kelatyyppiin ja magneettikiinteään tyyppiin.

Seuraavassa on kuvaus esimerkkikaavioon liittyvästä rakenteesta.Koska muita rakenteita voi olla yksityiskohtaisemmalla pohjalla, ymmärrä, että tässä artikkelissa kuvattu rakenne on laajan kehyksen sisällä.

Tässä askelmoottorin kela on kiinnitetty ulkopuolelle ja magneetti pyörii sisäpuolella.

Tässä harjatun tasavirtamoottorin magneetit on kiinnitetty ulkopuolelle ja käämit pyöritetään sisäpuolelta.Harjat ja kommutaattori vastaavat virran syöttämisestä käämiin ja virran suunnan muuttamisesta.

Tässä harjattoman moottorin kela on kiinnitetty ulkopuolelle ja magneetti pyörii sisäpuolella.

Erilaisten moottoreiden vuoksi rakenne on erilainen, vaikka peruskomponentit olisivat samat.Yksityiskohdat selitetään yksityiskohtaisesti jokaisessa osiossa.

harjattu moottori

Harjatun moottorin rakenne

Alla on miltä malleissa usein käytetty harjattu DC-moottori näyttää, sekä räjäytyskaavio tavallisesta kaksinapaisesta (2 magneettia) kolmiurasta (3 käämiä) moottorista.Ehkä monilla on kokemusta moottorin purkamisesta ja magneetin irrottamisesta.

Voidaan nähdä, että harjatun tasavirtamoottorin kestomagneetit ovat kiinteät ja harjatun tasavirtamoottorin kelat voivat pyöriä sisäkeskuksen ympäri.Kiinteää puolta kutsutaan "staattoriksi" ja pyörivää puolta "roottoriksi".

Seuraavassa on kaaviokuva rakenteesta, joka edustaa rakennekonseptia.

Pyörivän keskiakselin kehällä on kolme kommutaattoria (taivutettua metallilevyä virran kytkemiseen).Kosketuksen välttämiseksi kommutaattorit on järjestetty 120°:n välein (360°÷3 kappaletta).Kommutaattori pyörii akselin pyöriessä.

Yksi kommutaattori on kytketty kelan toiseen päähän ja toiseen käämin päähän, ja kolme kommutaattoria ja kolme käämiä muodostavat kokonaisuuden (renkaan) piiriverkostona.

Kaksi harjaa on kiinnitetty kulmaan 0° ja 180° kosketusta varten kommutaattoriin.Ulkoinen DC-virtalähde on kytketty harjaan, ja virta kulkee harjan → kommutaattorin → kelan → harjan reitin mukaan.

Harjatun moottorin pyörimisperiaate

① Kierrä vastapäivään alkutilasta

Kela A on päällä, kytke virtalähde harjaan, olkoon vasen (+) ja oikea (-).Suuri virta kulkee vasemmasta harjasta käämiin A kommutaattorin läpi.Tämä on rakenne, jossa kelan A yläosasta (ulkopuolesta) tulee S-napa.

Koska 1/2 kelan A virrasta virtaa vasemmasta harjasta käämiin B ja käämiin C vastakkaiseen suuntaan käämiin A, kelan B ja kelan C ulkosivuista tulee heikot N-navat (merkitty hieman pienemmillä kirjaimilla kuva).

Näissä keloissa syntyvät magneettikentät ja magneettien hylkivät ja houkuttelevat vaikutukset altistavat kelat vastapäivään pyörivälle voimalle.

② Kierrä edelleen vastapäivään

Seuraavaksi oletetaan, että oikea harja on kosketuksessa kahteen kommutaattoriin tilassa, jossa kelaa A kierretään vastapäivään 30°.

Kelan A virta virtaa edelleen vasemmasta harjasta oikeaan harjaan, ja käämin ulkopuoli ylläpitää S-napaa.

Sama virta kuin kela A virtaa kelan B läpi, ja kelan B ulkopuolelta tulee vahvempi N-napa.

Koska käämin C molemmat päät ovat oikosulussa harjojen takia, virtaa ei kulje eikä magneettikenttää synny.

Tässäkin tapauksessa koetaan vastapäivään pyörivä voima.

Kohdasta ③ kohtaan ④ ylempi kela vastaanottaa edelleen voimaa vasemmalle ja alempi kela vastaanottaa edelleen voimaa oikealle ja jatkaa pyörimistä vastapäivään

Kun kelaa käännetään kohtiin ③ ja ④ 30° välein, kun kela on keskivaaka-akselin yläpuolella, kelan ulkopuolelta tulee S-napa;kun kela on sijoitettu alapuolelle, siitä tulee N-napa, ja tämä liike toistetaan.

Toisin sanoen ylempi kela pakotetaan toistuvasti vasemmalle ja alempi kela toistuvasti oikealle (molemmat vastapäivään).Tämä pitää roottorin pyörimässä vastapäivään koko ajan.

Jos kytket virran vastakkaisiin vasempaan (-) ja oikeaan (+) harjaan, syntyy käämiin vastakkaisia ​​magneettikenttiä, joten keloihin kohdistettu voima on myös vastakkaiseen suuntaan, myötäpäivään.

Lisäksi, kun virta katkaistaan, harjatun moottorin roottori lakkaa pyörimästä, koska siinä ei ole magneettikenttää, joka pitää sen pyörimässä.

Kolmivaiheinen täysaaltoharjaton moottori

Kolmivaiheisen täysaaltoharjattoman moottorin ulkonäkö ja rakenne

Alla olevassa kuvassa on esimerkki harjattoman moottorin ulkonäöstä ja rakenteesta.

Vasemmalla on esimerkki karamoottorista, jota käytetään pyörittämään optista levyä optisen levyn toistolaitteessa.Yhteensä kolmivaiheinen × 3 yhteensä 9 kelaa.Oikealla on esimerkki FDD-laitteen karamoottorista, jossa on yhteensä 12 kelaa (kolmivaiheinen × 4).Kela kiinnitetään piirilevylle ja kierretään rautasydämen ympärille.

Kelan oikealla puolella oleva kiekkomainen osa on kestomagneettiroottori.Kehä on kestomagneetti, roottorin akseli työnnetään kelan keskiosaan ja peittää kelaosan, ja kestomagneetti ympäröi kelan kehää.

Kolmivaiheisen täysaaltoharjattoman moottorin sisäinen rakennekaavio ja kelaliitäntää vastaava piiri

Seuraavaksi on kaavio sisäisestä rakenteesta ja kaavio käämikytkennän vastaavasta piiristä.

Tämä sisäinen kaavio on esimerkki hyvin yksinkertaisesta 2-napaisesta (2 magneettia) 3-paikkaisesta (3 kelaa) moottorista.Se on samanlainen kuin harjattu moottorirakenne, jossa on sama määrä napoja ja rakoja, mutta kelan puoli on kiinteä ja magneetit voivat pyöriä.Ei tietenkään siveltimiä.

Tässä tapauksessa käämi on Y-kytketty käyttämällä puolijohdeelementtiä syöttämään kelalle virtaa, ja virran sisään- ja ulosvirtausta ohjataan pyörivän magneetin asennon mukaan.Tässä esimerkissä Hall-elementtiä käytetään magneetin sijainnin havaitsemiseen.Hall-elementti on sovitettu kelojen väliin ja syntyvä jännite tunnistetaan magneettikentän voimakkuuden perusteella ja käytetään paikkatietona.Aiemmin annetusta FDD-karamoottorin kuvasta näkyy myös, että kelan ja käämin välillä on Hall-elementti (käämin yläpuolella) paikannusta varten.

Hall-elementit ovat hyvin tunnettuja magneettiantureita.Magneettikentän suuruus voidaan muuntaa jännitteen suuruudeksi ja magneettikentän suunta voidaan ilmaista positiiviseksi tai negatiiviseksi.Alla on kaavio, joka esittää Hall-ilmiön.

Hallielementit hyödyntävät ilmiötä, että "kun virta I_{H virtaa puolijohteen läpi ja magneettivuo B kulkee suorassa kulmassa virtaan nähden, jännite VH}syntyy virran ja magneettikentän suhteen kohtisuorassa suunnassa", amerikkalainen fyysikko Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) löysi tämän ilmiön ja kutsui sitä "Hall-ilmiöksi".Tuloksena oleva jännite V_Hon esitetty seuraavalla kaavalla.

V_H= (K_H/ d)・Minä_H・B ※K_H: Hall-kerroin, d: magneettivuon tunkeutumispinnan paksuus

Kuten kaava osoittaa, mitä suurempi virta, sitä suurempi jännite.Tätä ominaisuutta käytetään usein tunnistamaan roottorin (magneetin) sijainti.

Kolmivaiheisen täysaaltoharjattoman moottorin pyörimisperiaate

Harjattoman moottorin pyörimisperiaate selitetään seuraavissa vaiheissa ① - ⑥.Ymmärtämisen helpottamiseksi kestomagneetit on yksinkertaistettu ympyröistä suorakulmioiksi.

①

Kolmivaiheisten käämien joukossa oletetaan, että kela 1 on kiinnitetty kello 12:n suuntaan, käämi 2 on kiinnitetty kello 4:n suuntaan ja kela 3 on kiinnitetty kellon 12:n suuntaan. kello 8:n suuntaan.Olkoon 2-napaisen kestomagneetin N-napa vasemmalla ja S-napa oikealla, ja sitä voidaan pyörittää.

Kelaan 1 johdetaan virta Io S-napaisen magneettikentän muodostamiseksi kelan ulkopuolelle.Io/2-virta saatetaan virtaamaan käämistä 2 ja käämistä 3 N-napaisen magneettikentän muodostamiseksi kelan ulkopuolelle.

Kun kelan 2 ja 3 magneettikentät vektorisoidaan, alaspäin syntyy N-napainen magneettikenttä, joka on 0,5 kertaa magneettikentän koko, joka syntyy, kun virta Io kulkee yhden kelan läpi, ja on 1,5 kertaa suurempi lisättäessä kelan 1 magneettikenttään.Tämä luo tuloksena olevan magneettikentän 90° kulmassa kestomagneettiin nähden, jolloin saadaan aikaan suurin vääntömomentti, kestomagneetti pyörii myötäpäivään.

Kun kelan 2 virtaa pienennetään ja käämin 3 virtaa lisätään pyörimisasennon mukaan, myös tuloksena oleva magneettikenttä pyörii myötäpäivään ja myös kestomagneetti jatkaa pyörimistä.

②

30° käännetyssä tilassa virta Io virtaa kelaan 1, käämin 2 virta nollataan ja virta Io virtaa ulos kelasta 3.

Kelan 1 ulkopuolelta tulee S-napa ja käämin 3 ulkopuolelta N-napa.Kun vektorit yhdistetään, tuloksena oleva magneettikenttä on √3 (≈1,72) kertaa magneettikenttä, joka syntyy, kun virta Io kulkee kelan läpi.Tämä tuottaa myös tuloksena olevan magneettikentän 90° kulmassa kestomagneetin magneettikenttään nähden ja pyörii myötäpäivään.

Kun kelan 1 tulovirtaa Io pienennetään pyörimisasennon mukaan, kelan 2 tulovirtaa nostetaan nollasta ja käämin 3 ulosvirtausvirtaa nostetaan Io:ksi, myös tuloksena oleva magneettikenttä pyörii myötäpäivään, ja myös kestomagneetti jatkaa pyörimistään.

※Jos oletetaan, että jokainen vaihevirta on siniaaltomuoto, virran arvo tässä on Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Magneettikentän vektorisynteesin avulla magneettikentän kokonaiskoko saadaan muodossa ( √ 3⁄2)²× 2 = 1,5 kertaa.Kun jokainen vaihevirta on siniaalto, kestomagneetin asennosta riippumatta, vektorikomposiittimagneettikentän suuruus on 1,5 kertaa kelan synnyttämän magneettikentän suuruus ja magneettikenttä on 90° kulmassa suhteessa kestomagneetin magneettikenttään.

③

Pyörimistilassa 30° virta Io/2 virtaa kelaan 1, virta Io/2 virtaa kelaan 2 ja virta Io virtaa ulos kelasta 3.

Kelan 1 ulkopuolelta tulee S-napa, käämin 2 ulkopuolelta myös S-napa ja käämin 3 ulkopuolelta N-napa.Kun vektorit yhdistetään, tuloksena oleva magneettikenttä on 1,5 kertaa magneettikenttä, joka syntyy, kun virta Io kulkee kelan läpi (sama kuin ①).Tässäkin syntyy tuloksena oleva magneettikenttä 90° kulmassa kestomagneetin magneettikenttään nähden ja pyörii myötäpäivään.

④～⑥

Kierrä samalla tavalla kuin ① - ③.

Tällä tavalla, jos kelaan virtaavaa virtaa kytketään jatkuvasti järjestyksessä kestomagneetin asennon mukaan, kestomagneetti pyörii kiinteään suuntaan.Samoin, jos käännät virran ja käännät tuloksena olevan magneettikentän, se pyörii vastapäivään.

Alla oleva kuva näyttää jatkuvasti kunkin kelan virran jokaisessa vaiheessa ① - ⑥ yllä.Yllä olevan johdannon avulla pitäisi olla mahdollista ymmärtää nykyisen muutoksen ja kierron välinen suhde.

askelmoottori

Askelmoottori on moottori, joka voi tarkasti ohjata pyörimiskulmaa ja nopeutta synkronoituna pulssisignaalin kanssa.Askelmoottoria kutsutaan myös "pulssimoottoriksi".Koska askelmoottoreilla voidaan saavuttaa tarkka paikannus vain avoimen silmukan ohjauksella ilman asentoantureita, niitä käytetään laajalti paikoitusta vaativissa laitteissa.

Askelmoottorin rakenne (kaksivaiheinen bipolaarinen)

Seuraavat kuvat vasemmalta oikealle ovat esimerkki askelmoottorin ulkonäöstä, kaavio sisäisestä rakenteesta ja kaaviokuva rakennekonseptista.

Ulkoasuesimerkissä on esitetty HB (Hybridi) -tyypin ja PM (Permanent Magnet) -tyyppisen askelmoottorin ulkonäkö.Keskellä oleva rakennekaavio näyttää myös HB-tyypin ja PM-tyypin rakenteen.

Askelmoottori on rakenne, jossa kela on kiinteä ja kestomagneetti pyörii.Oikealla oleva käsitteellinen kaavio askelmoottorin sisäisestä rakenteesta on esimerkki PM-moottorista, joka käyttää kaksivaiheisia (kaksi sarjaa) keloja.Askelmoottorin perusrakenteen esimerkissä kelat on järjestetty ulkopuolelle ja kestomagneetit on järjestetty sisäpuolelle.Kaksivaiheisten kelojen lisäksi on olemassa kolmi- ja viisivaiheisia tyyppejä, joissa on enemmän vaiheita.

Joillakin askelmoottoreilla on muita erilaisia ​​rakenteita, mutta askelmoottorin perusrakenne on esitetty tässä artikkelissa sen toimintaperiaatteen käyttöönoton helpottamiseksi.Tämän artikkelin kautta toivon ymmärtäväni, että askelmoottori omaksuu periaatteessa kiinteän kelan ja pyörivän kestomagneetin rakenteen.

Askelmoottorin perustoimintaperiaate (yksivaiheinen heräte)

Seuraavassa kuvassa esitellään askelmoottorin perustoimintaperiaate.Tämä on esimerkki yllä olevan kaksivaiheisen bipolaarisen kelan kunkin vaiheen (käämien sarjan) virityksestä.Tämän kaavion lähtökohtana on, että tila muuttuu arvosta ① arvoon ④.Kela koostuu kelasta 1 ja kelasta 2.Lisäksi virran nuolet osoittavat virran virtaussuunnan.

①

• Virta tulee sisään kelan 1 vasemmalta puolelta ja ulos kelan 1 oikealta puolelta.
• Älä anna virran kulkea kelan 2 läpi.
• Tällä hetkellä vasemman kelan 1 sisäpuolelta tulee N ja oikean käämin 1 sisäpuolelta S.
• Siksi kelan 1 magneettikenttä vetää puoleensa keskellä olevaa kestomagneettia, muuttuu vasemman S:n ja oikean N:n tilaan ja pysähtyy.

  ②

• Kelan 1 virta pysähtyy ja virta tulee sisään kelan 2 yläpuolelta ja virtaa ulos kelan 2 alapuolelta.
• Ylemmän kelan 2 sisäpuolelta tulee N ja alemman kelan 2 sisäpuolelta S.
• Kestomagneetti vetää puoleensa magneettikenttään ja pysähtyy pyörimällä 90° myötäpäivään.

  ③

• Kelan 2 virta pysähtyy, ja virta tulee sisään kelan 1 oikealta puolelta ja virtaa ulos kelan 1 vasemmalta puolelta.
• Vasemman kelan 1 sisäpuolelta tulee S ja oikean käämin 1 sisäpuolelta N.
• Kestomagneetti vetää puoleensa magneettikenttään ja pysähtyy kiertämällä myötäpäivään vielä 90°.

  ④

• Kelan 1 virta pysäytetään ja virta tulee sisään kelan 2 alapuolelta ja virtaa ulos kelan 2 yläpuolelta.
• Ylemmän kelan 2 sisäpuolelta tulee S ja alemman kelan 2 sisäpuolelta N.
• Kestomagneetti vetää puoleensa magneettikenttään ja pysähtyy kiertämällä myötäpäivään vielä 90°.