Скоро половину светске потрошње енергије троше мотори, па се висока ефикасност мотора назива најефикаснијом мером за решавање светских енергетских проблема.
Уопштено говорећи, то се односи на трансформацију силе коју ствара струја која тече у магнетном пољу у ротационо дејство, а у ширем смислу укључује и линеарно дејство.Према врсти напајања коју покреће мотор, може се поделити на ДЦ мотор и АЦ мотор.Према принципу ротације мотора, може се грубо поделити у следеће категорије.(осим специјалних мотора)
АЦ АЦ мотор Брушени мотор: Широко коришћени брушени мотор се генерално назива ДЦ мотор.Електрода која се зове „четкица“ (страна статора) и „комутатор“ (страна арматуре) су узастопно у контакту да би се пребацила струја, чиме се врши ротација.ДЦ мотор без четкица: Не требају му четке и комутатори, али користи функције пребацивања као што су транзистори за пребацивање струје и ротацију.Корачни мотор: Овај мотор ради синхроно са импулсном снагом, тако да се назива и пулсни мотор.Његова карактеристика је да лако може да реализује тачну операцију позиционирања.Асинхрони мотор: Наизменична струја чини да статор производи ротирајуће магнетно поље, због чега ротор производи индуковану струју и ротира под својом интеракцијом.Мотор наизменичне струје (наизменичне струје) Синхрони мотор: наизменична струја ствара ротирајуће магнетно поље, а ротор са магнетним половима ротира услед привлачења.Брзина ротације је синхронизована са фреквенцијом напајања.
О струји, магнетном пољу и сили Пре свега, да бисмо олакшали следеће објашњење принципа мотора, погледајмо основне законе/правила о струји, магнетном пољу и сили.Иако постоји осећај носталгије, лако је заборавити ово знање ако магнетне компоненте не користите често.
Како се мотор окреће?1) мотор се ротира уз помоћ магнета и магнетне силе.Око сталног магнета са ротирајућом осовином, ① ротирајте магнет (да бисте генерисали ротирајуће магнетно поље), ② према принципу да различити полови Н пола и С пола привлаче и исти ниво одбијају, ③ магнет са ротирајуће вратило ће се окретати.
Струја која тече у жици изазива ротирајуће магнетно поље (магнетну силу) око ње, тако да се магнет ротира, што је заправо исто акционо стање као и ово.
Поред тога, када се жица намота у калем, синтетише се магнетна сила, формирајући велики флукс магнетног поља (магнетни флукс), што резултира Н-полом и С-полом.Поред тога, уметањем гвозденог језгра у проводник у облику намотаја, линије магнетног поља постају лаке за пролазак и могу генерисати јачу магнетну силу.2) Стварни ротирајући мотор Овде се, као практичан метод ротације електричне машине, уводи метода производње ротирајућег магнетног поља коришћењем трофазне наизменичне струје и завојнице.(Трофазни АЦ је сигнал наизменичне струје са фазним интервалом од 120.) Завојнице намотане око гвозденог језгра подељене су на три фазе, а У-фазни намотаји, В-фазни калемови и В-фазни калемови су распоређени у интервалима од 120. Намотаји са високим напоном стварају Н полова, а калемови са ниским напоном стварају С полова.Свака фаза се мења у складу са синусним таласом, тако да ће се променити поларитет (Н пол, С пол) који генерише сваки калем и његово магнетно поље (магнетна сила).У овом тренутку, само погледајте калемове који генеришу Н полова и промените их редоследом У-фазни калем →В-фазни калем →В-фазни калем →У-фазни калем, тако да се ротирају.Структура малог мотора На следећој слици је приказана општа структура и поређење корачног мотора, брушеног ДЦ мотора и ДЦ мотора без четкица.Основне компоненте ових мотора су углавном калемови, магнети и ротори.Поред тога, због различитих типова, деле се на фиксни тип намотаја и фиксни тип магнета.
Овде је магнет ДЦ мотора са четкицом фиксиран споља, а завојница се ротира изнутра.Четкица и комутатор су одговорни за напајање завојнице и промену правца струје.Овде је завојница мотора без четкица фиксирана споља, а магнет ротира изнутра.Због различитих типова мотора, њихове структуре су различите чак и ако су основне компоненте исте.То ће бити детаљно објашњено у сваком делу.Брушени мотор Структура мотора са четкицом Следи изглед брушеног ДЦ мотора који се често користи у моделу и експлодирани шематски дијаграм обичног двополног (два магнета) мотора са три прореза (три намотаја).Можда многи људи имају искуство растављања мотора и вађења магнета.Може се видети да је трајни магнет ДЦ мотора са четкицом фиксиран, а завојница ДЦ мотора са четкицом може да ротира око унутрашњег центра.Фиксна страна се назива „статор“, а ротирајућа страна се назива „ротор“.
Принцип ротације мотора четкице ① Ротирајте у смеру супротном од казаљке на сату од почетног стања Намотај А је на врху, повезујући напајање са четкицом, и нека лева страна буде (+), а десна (-).Велика струја тече од леве четке до намотаја А кроз комутатор.Ово је структура у којој горњи део (споља) завојнице А постаје С пол.Пошто 1/2 струје завојнице А тече од леве четке до завојнице Б и завојнице Ц у супротном смеру од намотаја А, спољне стране завојнице Б и завојнице Ц постају слаби Н полови (означени нешто мањим словима у фигура).Магнетно поље које се ствара у овим калемовима и одбијање и привлачење магнета чине да се завојнице ротирају у супротном смеру казаљке на сату.② даље окретање у смеру супротном од казаљке на сату.Затим се претпоставља да је десна четка у контакту са два комутатора у стању да се калем А ротира у смеру супротном од казаљке на сату за 30 степени.Струја завојнице А непрекидно тече од леве четке до десне четке, а спољна страна завојнице држи С пол.Кроз калем Б тече иста струја као и калем А, а спољашњи део намотаја Б постаје јачи Н-пол.Пошто су оба краја завојнице Ц кратко спојена четкицама, струја не тече и не ствара се магнетно поље.Чак иу овом случају, биће подвргнуто сили ротације у смеру супротном од казаљке на сату.Од ③ до ④, горњи калем непрекидно прима силу која се креће улево, а доњи калем непрекидно прима силу која се креће удесно и наставља да се ротира у смеру супротном од казаљке на сату.Када се завојница ротира на ③ и ④ сваких 30 степени, када се калем налази изнад централне хоризонталне осе, спољна страна завојнице постаје С пол;Када се калем налази испод, он постаје Н пол и ово кретање се понавља.Другим речима, горњи калем је више пута изложен сили која се креће улево, а доњи калем је више пута изложен сили која се креће удесно (обе супротно од казаљке на сату).Ово доводи до тога да се ротор увек окреће супротно од казаљке на сату.Ако је напајање прикључено на супротну леву четкицу (-) и десну четкицу (+), у завојници ће се генерисати магнетно поље супротних смерова, тако да је смер силе примењене на завојницу такође супротан, окрећући се у смеру казаљке на сату. .Поред тога, када је напајање искључено, ротор мотора четке ће престати да се окреће јер нема магнетног поља које би га одржавало у ротацији.Трофазни пуноталасни мотор без четкица Изглед и структура трофазног пуноталасног мотора без четкица
Шема унутрашње структуре и еквивалентно коло прикључка калемова трофазног пуноталасног мотора без четкица Следи шематски дијаграм унутрашње структуре и еквивалентна шема споја калемова.Дијаграм унутрашње структуре је једноставан пример 2-полног (2 магнета) 3-слота (3 намотаја) мотора.Слично је структури мотора са четком са истим бројем полова и прореза, али је страна завојнице фиксирана и магнет може да се ротира.Наравно, нема четке.У овом случају, калем усваја методу И-везе, а полупроводнички елемент се користи за снабдевање струјом на калем, а прилив и одлив струје се контролишу у складу са положајем ротирајућег магнета.У овом примеру, Холов елемент се користи за детекцију положаја магнета.Холов елемент је распоређен између калемова и детектује генерисани напон у складу са јачином магнетног поља и користи га као информацију о положају.На слици ФДД мотора вретена датој раније, такође се може видети да постоји Холов елемент (изнад завојнице) између завојнице и завојнице за детекцију положаја.Халл елемент је добро познати магнетни сензор.Величина магнетног поља се може претворити у величину напона, а смер магнетног поља може се представити позитивним и негативним.
Принцип ротације трофазног пуноталасног мотора без четкица Затим ће бити објашњен принцип ротације мотора без четкица према корацима ① ~ ⑥.Ради лакшег разумевања, трајни магнет је овде поједностављен од кружног до правоугаоног.① У трофазном намотају, нека завојница 1 буде фиксирана у смеру од 12 часова сата, завојница 2 буде фиксирана у смеру од 4 сата сата, а завојница 3 фиксирана у 8 часовни правац на сату.Нека је Н пол 2-полног перманентног магнета лево, а С пол десно, и може да се ротира.Струја Ио тече у завојницу 1 да генерише магнетно поље С-пола изван завојнице.Ио/2 струја тече из завојнице 2 и завојнице 3 да би се створило Н-полно магнетно поље изван завојнице.Када се магнетна поља завојнице 2 и завојнице 3 векторски синтетишу, Н-полно магнетно поље се генерише надоле, што је 0,5 пута веће од величине магнетног поља насталог када струја Ио пролази кроз један калем и када се дода магнетном поље завојнице 1, постаје 1,5 пута.Ово ће произвести композитно магнетно поље са углом од 90 у односу на трајни магнет, тако да се максимални обртни момент може генерисати и перманентни магнет се ротира у смеру казаљке на сату.Када се струја намотаја 2 смањи и струја намотаја 3 повећа у складу са положајем ротације, резултујуће магнетно поље такође ротира у смеру казаљке на сату, а перманентни магнет такође наставља да ротира.② Када се ротира за 30 степени, струја Ио тече у завојницу 1, тако да је струја у калему 2 нула, а струја Ио тече из завојнице 3. Спољна страна завојнице 1 постаје С пол, а спољна страна намотаја 3 постаје Н пол.Када се вектори комбинују, генерисано магнетно поље је √3(≈1,72) пута више него када струја Ио прође кроз калем.Ово ће такође произвести резултујуће магнетно поље под углом од 90 у односу на магнетно поље трајног магнета и ротирати у смеру казаљке на сату.Када се улазна струја Ио завојнице 1 смањи у складу са положајем ротације, улазна струја намотаја 2 се повећава од нуле, а излазна струја намотаја 3 се повећа на Ио, резултујуће магнетно поље такође ротира у смеру казаљке на сату, а перманентни магнет наставља да ротира.Под претпоставком да је свака фазна струја синусоидна, вредност струје овде је ио× син (π 3) = ио× √ 32. Кроз векторску синтезу магнетног поља, укупно магнетно поље је (√ 32) 2× 2 = 1,5 пута веће од магнетно поље које генерише калем.※.Када је свака фазна струја синусни талас, без обзира где се налази перманентни магнет, величина векторског композитног магнетног поља је 1,5 пута већа од магнетног поља које генерише калем, а магнетно поље формира угао од 90 степени у односу на магнетно поље трајног магнета.③ У стању настављања ротације за 30 степени, струја Ио/2 тече у калем 1, струја Ио/2 тече у калем 2, а струја Ио тече из намотаја 3. Спољна страна завојнице 1 постаје С пол , спољна страна намотаја 2 постаје С пол, а спољна страна намотаја 3 постаје Н пол.Када се вектори комбинују, генерисано магнетно поље је 1,5 пута веће од генерисаног када струја Ио тече кроз калем (исто као ①).Овде ће се такође генерисати синтетичко магнетно поље са углом од 90 степени у односу на магнетно поље трајног магнета и ротирати у смеру казаљке на сату.④～⑥ Ротирајте на исти начин као ① ~ ③.На овај начин, ако се струја која тече у завојницу непрекидно пребацује у складу са положајем трајног магнета, перманентни магнет ће се ротирати у фиксном смеру.Слично, ако струја тече у супротном смеру и синтетичко магнетно поље је обрнуто, оно ће се ротирати у супротном смеру казаљке на сату.Следећа слика приказује струју сваке завојнице у сваком кораку од ① до ⑥.Кроз горњи увод, требало би да будемо у стању да разумемо однос између тренутне промене и ротације.степмотор Корачни мотор је врста мотора који може да контролише угао ротације и брзину синхроно и прецизно са импулсним сигналом.Корачни мотор се такође назива "пулсни мотор".Корачни мотор се широко користи у опреми којој је потребно позиционирање јер може да оствари тачно позиционирање само кроз контролу отворене петље без коришћења сензора положаја.Структура корачног мотора (двофазни биполарни) У примерима изгледа дат је изглед корачних мотора ХБ (хибрид) и ПМ (перманентни магнет).Структурни дијаграм у средини такође показује структуру ХБ и ПМ.Корачни мотор је структура са фиксним намотајем и ротирајућим перманентним магнетом.Концептуални дијаграм унутрашње структуре корачног мотора на десној страни је пример ПМ мотора који користи двофазне (две групе) калемове.У основном примеру структуре корачног мотора, калем је постављен споља, а трајни магнет је распоређен изнутра.Поред две фазе, постоји много врста калемова са три фазе и пет једнаких фаза.Неки корачни мотори имају различите структуре, али у циљу упознавања са њиховим принципима рада, у овом раду је дата основна структура корачних мотора.Надам се да ћу кроз овај чланак схватити да корачни мотор у основи усваја структуру фиксације завојнице и ротације перманентног магнета.Основни принцип рада корачног мотора (монофазна побуда) Следеће се користи за представљање основног принципа рада корачног мотора.① Струја тече са леве стране намотаја 1 и излази са десне стране намотаја 1. Не дозволите да струја тече кроз калем 2. У овом тренутку, унутрашњост левог намотаја 1 постаје Н, а унутрашњост десни калем 1 постаје С.. Дакле, средњи перманентни магнет привлачи магнетно поље завојнице 1, и зауставља се у стању леве стране С и десне стране Н.. ② Зауставите струју у калему 1, тако да струја улази са горње стране калема 2 и излази са доње стране намотаја 2. Унутрашња страна горњег намотаја 2 постаје Н, а унутрашња страна доњег намотаја 2 постаје С.. Перманентни магнет је привучен својим магнетним пољем и престаје да се ротира за 90 у смеру казаљке на сату.③ Зауставите струју у калему 2, тако да струја улази са десне стране намотаја 1 и излази са леве стране намотаја 1. Унутрашњост левог намотаја 1 постаје С, а унутрашњост десног намотаја 1 постаје Н.. Трајни магнет привлачи своје магнетно поље, и ротира се у смеру казаљке на сату за још 90 степени да би се зауставио.④ Зауставите струју у калему 1, тако да струја улази са доње стране намотаја 2 и излази са горње стране намотаја 2. Унутрашњост горњег намотаја 2 постаје С, а унутрашњост доњи калем 2 постаје Н.. Трајни магнет привлачи своје магнетно поље, и ротира се у смеру казаљке на сату за још 90 степени да би се зауставио.Корачни мотор се може ротирати пребацивањем струје која тече кроз калем горе наведеним редоследом од ① до ④ кроз електронско коло.У овом примеру, свака радња прекидача ће ротирати корачни мотор за 90. Поред тога, када струја непрекидно тече кроз одређени калем, може задржати стање заустављања и учинити да корачни мотор има обртни момент.Узгред, ако је струја која тече кроз калем обрнута, корачни мотор се може ротирати у супротном смеру.
