Σχεδόν το ήμισυ της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας καταναλώνεται από ηλεκτρικούς κινητήρες, επομένως η υψηλή απόδοση των ηλεκτροκινητήρων λέγεται ότι είναι το πιο αποτελεσματικό μέτρο για την επίλυση των παγκόσμιων ενεργειακών προβλημάτων.
Γενικά, αναφέρεται στη μετατροπή της δύναμης που δημιουργείται από τη ροή του ρεύματος σε ένα μαγνητικό πεδίο σε περιστροφική δράση και σε ένα ευρύ φάσμα περιλαμβάνει επίσης γραμμική δράση.
Ανάλογα με τον τύπο τροφοδοσίας που χρησιμοποιείται για την κίνηση του κινητήρα, υπάρχουν κινητήρες συνεχούς ρεύματος και Ηλεκτροκινητήρες AC.
Και σύμφωνα με την αρχή της περιστροφής του κινητήρα, μπορεί να χωριστεί χονδρικά στις ακόλουθες κατηγορίες. (Εκτός από ειδικούς κινητήρες)
Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι κινητήρες βούρτσας ονομάζονται γενικά ηλεκτροκινητήρες συνεχούς ρεύματος.
The electrodes connected to the "brush" (stator side) and the "commutator" (armature side)
The brushed motor is used to switch the current by making contact with the "commutator" (armature side) in turn to perform rotational action.
Κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες
Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες δεν χρησιμοποιούν βούρτσες ή μεταγωγείς, αλλά χρησιμοποιούν μια λειτουργία μεταγωγής, όπως ένα τρανζίστορ για την εναλλαγή του ρεύματος και την εκτέλεση περιστροφικής ενέργειας.
Βηματικός κινητήρας.
Αυτός ο κινητήρας λειτουργεί συγχρονισμένα με την παλμική ισχύ, και επομένως ονομάζεται επίσης κινητήρας παλμικής επαγωγής.
Χαρακτηρίζεται από την ικανότητα εύκολης επίτευξης ακριβούς λειτουργίας τοποθέτησης.
κινητήρες AC
Ασύγχρονος κινητήρας
Η ισχύς εναλλασσόμενου ρεύματος δημιουργεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στον στάτορα, το οποίο με τη σειρά του δημιουργεί ένα επαγόμενο ρεύμα στον ρότορα, στην αλληλεπίδραση του οποίου συμβαίνει περιστροφή για τον κινητήρα επαγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος.
Σύγχρονος κινητήρας
Η τροφοδοσία AC δημιουργεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και ο ρότορας με μαγνητικούς πόλους περιστρέφεται λόγω της έλξης.
-Η ταχύτητα περιστροφής είναι ευτυχώς συγχρονισμένη με τη συχνότητα του τροφοδοτικού.
Σχετικά με τα ρεύματα, τα μαγνητικά πεδία και τις δυνάμεις
Αρχικά, για χάρη των επακόλουθων εξηγήσεων της αρχής του κινητήρα, ας εξετάσουμε τους βασικούς νόμους/νόμους σχετικά με το ρεύμα, το μαγνητικό πεδίο και τη δύναμη.
Αν και υπάρχει ένα αίσθημα νοσταλγίας, είναι εύκολο να ξεχάσετε αυτή τη γνώση εάν δεν χρησιμοποιείτε συνήθως μαγνητικά εξαρτήματα
Συνδυάζουμε εικόνες και τύπους για να το απεικονίσουμε.
Όταν το συρμάτινο πλαίσιο είναι ορθογώνιο, λαμβάνεται υπόψη η δύναμη που ασκεί το ρεύμα.
Η δύναμη F που ασκεί στα μέρη των πλευρών α και γ είναι
Η ροπή δημιουργείται με τον κεντρικό άξονα ως κεντρικό άξονα.
Για παράδειγμα, όταν εξετάζουμε μια κατάσταση όπου η γωνία περιστροφής είναι μόνο θ, η δύναμη που ασκεί κάθετες γωνίες προς τα b και d είναι sinθ, οπότε η ροπή Ta του τμήματος a δίνεται από:
Θεωρώντας το μέρος c με τον ίδιο τρόπο, η ροπή διπλασιάζεται και δημιουργεί τη ροπή που υπολογίζεται από την ακόλουθη εξίσωση
Εφόσον το εμβαδόν του παραλληλογράμμου είναι S = h・l, αντικαθιστώντας το στην παραπάνω εξίσωση προκύπτει το ακόλουθο αποτέλεσμα.
Ο τύπος δεν ισχύει μόνο για ορθογώνια, αλλά και για άλλα κοινά σχήματα όπως κύκλους. Ο κινητήρας χρησιμοποιεί αυτήν την αρχή.
Πώς περιστρέφεται ένας ηλεκτροκινητήρας;
1) Οι επαγωγικοί κινητήρες περιστρέφονται με τη βοήθεια μαγνητών και μαγνητικής δύναμης
Γύρω από έναν μόνιμο μαγνήτη με περιστρεφόμενο άξονα,
① ο μαγνήτης περιστρέφεται (έτσι ώστε να δημιουργείται ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο),
② τότε σύμφωνα με την αρχή ότι οι πόλοι N και S έλκονται μεταξύ τους σε διαφορετικούς πόλους και απωθούνται μεταξύ τους στο ίδιο επίπεδο,
③ ο μαγνήτης με περιστρεφόμενο άξονα θα περιστραφεί.
Αυτή είναι η βασική αρχή της περιστροφής των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος.
Το ρεύμα που ρέει στον αγωγό προκαλεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο (μαγνητική δύναμη) γύρω του και έτσι ο μαγνήτης περιστρέφεται, η οποία είναι πρακτικά η ίδια κατάσταση δράσης με αυτήν.
Επιπλέον, όταν το σύρμα τυλίγεται σε σχήμα πηνίου, η μαγνητική δύναμη συντίθεται, δημιουργώντας μια μεγάλη ροή μαγνητικού πεδίου (ροή) που παράγει πόλους N και S.
Επιπλέον, με την εισαγωγή ενός σιδερένιου πυρήνα στο σύρμα που μοιάζει με πηνίο, οι μαγνητικές γραμμές δύναμης γίνονται εύκολα να περάσουν και μπορεί να δημιουργηθεί ισχυρότερη μαγνητική δύναμη.
2) Πραγματικός περιστρεφόμενος κινητήρας
Εδώ, ως πρακτική μέθοδος περιστρεφόμενου κινητήρα, εισάγουμε τη μέθοδο δημιουργίας περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώντας τριφασικό κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος και πηνία.
(Οι τριφασικοί βιομηχανικοί κινητήρες AC είναι ένα σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος σε απόσταση 120° μεταξύ τους στη φάση)
Το συνθετικό μαγνητικό πεδίο στην κατάσταση ① παραπάνω αντιστοιχεί στο σχήμα ① παρακάτω.
Το συνθετικό μαγνητικό πεδίο στην κατάσταση ② παραπάνω αντιστοιχεί στο σχήμα ② παρακάτω.
Το συνθετικό μαγνητικό πεδίο στην κατάσταση ③ παραπάνω αντιστοιχεί στο σχήμα ③ παρακάτω.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα πηνία του τυλιγμένου πυρήνα χωρίζονται σε τρεις φάσεις, με διαμόρφωση διαστήματος 120° πηνίων φάσης U, πηνίων φάσης V και πηνίων φάσης W, με το πηνίο με υψηλή τάση να παράγει Ν-πόλο και πηνίο με πόλο S που παράγει χαμηλή τάση.
Κάθε φάση αλλάζει ανάλογα με ένα ημιτονοειδές κύμα, επομένως η πολικότητα (N πόλος, S πόλος) και το μαγνητικό της πεδίο (μαγνητική δύναμη) που δημιουργείται από κάθε πηνίο θα αλλάξουν.
Αυτή τη στιγμή, το πηνίο που παράγει μόνο Ν πόλο αλλάζει σε σειρά σύμφωνα με το πηνίο φάσης U → πηνίο φάσης V → πηνίο φάσης W → πηνίο φάσης U, και έτσι συμβαίνει περιστροφή.
Δομή ενός μικρού κινητήρα
Το παρακάτω σχήμα δίνει την κατά προσέγγιση δομή και σύγκριση τριών τύπων βιομηχανικών κινητήρων: βηματικούς κινητήρες, κινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC) με ψήκτρες και κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (DC).
Τα βασικά εξαρτήματα αυτών των κινητήρων είναι κυρίως πηνία, μαγνήτες και ρότορες, ενώ υπάρχουν και τύποι με πηνίο και μαγνήτη ανάλογα με τον τύπο.
Ακολουθεί μια περιγραφή της δομής που σχετίζεται με το παράδειγμα του διαγράμματος. Εφόσον μπορεί να υπάρχουν άλλες δομές εάν χωριστούν πιο προσεκτικά, κατανοήστε ότι η δομή που παρουσιάζεται σε αυτό το έγγραφο βρίσκεται κάτω από ένα μεγάλο πλαίσιο.
Το πηνίο του βηματικού κινητήρα εδώ είναι στερεωμένο στην εξωτερική πλευρά και ο μαγνήτης περιστρέφεται στην εσωτερική πλευρά.
Εδώ ο μαγνήτης του βουρτσισμένου κινητήρα DC είναι στερεωμένος στην εξωτερική πλευρά και το πηνίο περιστρέφεται στην εσωτερική πλευρά. Τ
οι βούρτσες και ο μεταγωγέας είναι υπεύθυνοι για την παροχή ρεύματος στο πηνίο και την αλλαγή της κατεύθυνσης του ρεύματος.
Στην περίπτωση κινητήρα χωρίς ψήκτρες, το πηνίο στερεώνεται εξωτερικά και ο μαγνήτης περιστρέφεται στο εσωτερικό.
Η δομή ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες είναι διαφορετική ακόμα κι αν τα βασικά εξαρτήματα είναι τα ίδια λόγω των διαφορετικών τύπων κινητήρων. Οι λεπτομέρειες θα εξηγηθούν σε κάθε ενότητα.
Μοτέρ βούρτσας
Δομή βουρτσισμένων κινητήρων συνεχούς ρεύματος
Παρακάτω φαίνεται η εμφάνιση ενός κινητήρα DC που χρησιμοποιείται συχνά σε μοντέλα και ένα σχηματικό διάγραμμα της διάσπασης ενός κανονικού κινητήρα τριών θυρίδων (3 πηνίων) δύο πόλων (2 μαγνήτες). Ίσως πολλοί από εσάς να έχετε εμπειρία στην αποσυναρμολόγηση του ηλεκτροκινητήρα συνεχούς ρεύματος και στην αφαίρεση των μαγνητών.
Μπορείτε να δείτε ότι οι μόνιμοι μαγνήτες ενός βουρτσισμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος είναι σταθεροί και τα πηνία ενός βουρτσισμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος μπορούν να περιστρέφονται γύρω από το εσωτερικό κέντρο.
The fixed side is called the "stator" and the rotating side is called the "rotor".
Ακολουθεί ένα δομικό σκίτσο που αντιπροσωπεύει την έννοια της δομής.
Η περιφέρεια του περιστρεφόμενου κεντρικού άξονα έχει τρεις μεταγωγείς (λυγισμένα μεταλλικά φύλλα για μεταγωγή ρεύματος).
Για την αποφυγή επαφής μεταξύ τους, οι μεταγωγείς έχουν διαμορφωθεί σε απόσταση 120° μεταξύ τους (360° ÷ 3 τεμάχια). Οι μεταγωγείς περιστρέφονται με την περιστροφή του άξονα.
Ο ένας μεταγωγέας συνδέεται με το ένα άκρο του πηνίου και το άλλο άκρο του πηνίου, και οι τρεις μεταγωγείς και τα τρία πηνία σχηματίζουν ένα σύνολο (δακτύλιο) ως δίκτυο κυκλώματος.
Δύο βούρτσες στερεώνονται στις 0° και 180° για να έρθουν σε επαφή με τον μεταγωγέα.
Ένα εξωτερικό τροφοδοτικό DC συνδέεται με τις βούρτσες και το ρεύμα ρέει στη βούρτσα διαδρομής → μεταγωγέας → πηνίο → βούρτσα.
Αρχή περιστροφής κινητήρα συνεχούς ρεύματος βούρτσας
① Περιστρέψτε αριστερόστροφα από την αρχική κατάσταση
Το πηνίο Α βρίσκεται στο επάνω μέρος και συνδέει την παροχή ηλεκτρικών εργαλείων με τις βούρτσες, ρυθμίστε την αριστερή πλευρά ως (+) και τη δεξιά πλευρά ως (-).
Ένα μεγάλο ρεύμα ρέει από την αριστερή βούρτσα μέσω του μεταγωγέα στο πηνίο Α.
Αυτή είναι η δομή όπου το πάνω μέρος (εξωτερικό) του πηνίου Α γίνεται ο πόλος S.
Και δεδομένου ότι το 1/2 του ρεύματος από το πηνίο Α ρέει από την αριστερή βούρτσα προς τα πηνία Β και Γ προς την αντίθετη κατεύθυνση του πηνίου Α, οι εξωτερικές πλευρές των πηνίων Β και Γ γίνονται αδύναμοι Ν-πόλοι (που υποδεικνύονται με ελαφρώς μικρότερα γράμματα στο εικόνα).
Τα μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται σε αυτά τα πηνία και οι απωστικές και ελκυστικές επιδράσεις των μαγνητών προκαλούν τα πηνία να υποβάλλονται σε μια δύναμη περιστροφής αριστερόστροφα.
② Περαιτέρω αριστερόστροφη περιστροφή
Στη συνέχεια, υποθέστε ότι η δεξιά βούρτσα είναι σε επαφή και με τους δύο μεταγωγείς σε μια κατάσταση όπου το πηνίο Α περιστρέφεται 30° αριστερόστροφα.
Το ρεύμα του πηνίου Α ρέει συνεχώς από την αριστερή βούρτσα μέσω της δεξιάς βούρτσας και η εξωτερική πλευρά του πηνίου παραμένει S-pole.
Το ίδιο ρεύμα με το πηνίο Α ρέει μέσω του πηνίου Β και η εξωτερική πλευρά του πηνίου Β γίνεται ισχυρότερος Ν-πόλος.
Δεδομένου ότι τα άκρα του πηνίου C βραχυκυκλώνονται από τις βούρτσες, δεν ρέει ρεύμα και δεν δημιουργείται μαγνητικό πεδίο.
Ακόμη και σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μια δύναμη περιστροφής αριστερόστροφα.
Το πηνίο στην επάνω πλευρά από το ③ έως το ④ υπόκειται συνεχώς σε μια δύναμη που κινείται προς τα αριστερά και το κάτω πηνίο υπόκειται συνεχώς σε μια δύναμη που κινείται προς τα δεξιά και συνεχίζει να περιστρέφεται αριστερόστροφα
Όταν το πηνίο περιστρέφεται κάθε 30° σε ③ και ④, η εξωτερική πλευρά του πηνίου γίνεται ο πόλος S όταν το πηνίο βρίσκεται πάνω από τον κεντρικό οριζόντιο άξονα. όταν το πηνίο είναι κάτω, γίνεται ο Ν πόλος και η κίνηση επαναλαμβάνεται.
Με άλλα λόγια, το πάνω πηνίο υποβάλλεται επανειλημμένα σε μια δύναμη που κινείται προς τα αριστερά και το κάτω πηνίο υποβάλλεται επανειλημμένα σε μια δύναμη που κινείται προς τα δεξιά (και τα δύο αριστερόστροφα). Αυτό κάνει τον ρότορα να περιστρέφεται αριστερόστροφα ανά πάσα στιγμή.
Εάν η τροφοδοσία συνδέεται με την αντίθετη αριστερή βούρτσα (-) και τη δεξιά βούρτσα (+), δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο στις περιελίξεις του στάτορα των πηνίων προς την αντίθετη κατεύθυνση, έτσι η δύναμη που εφαρμόζεται στα πηνία κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση και γίνεται δεξιόστροφη περιστροφή .
Επιπλέον, όταν αποσυνδεθεί η τροφοδοσία, ο ρότορας του βουρτσισμένου κινητήρα σταματά να περιστρέφεται επειδή στερείται το μαγνητικό πεδίο που τον διατηρεί να περιστρέφεται.
Τριφασικός κινητήρας πλήρους κύματος χωρίς ψήκτρες
Εμφάνιση και δομή ενός τριφασικού κινητήρα πλήρους κύματος χωρίς ψήκτρες
Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα της εμφάνισης και της δομής ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες.
Στα αριστερά είναι ένα παράδειγμα κινητήρα ατράκτου που χρησιμοποιείται για την περιστροφή ενός δίσκου σε μια συσκευή αναπαραγωγής δίσκου. Υπάρχουν 9 πηνία τριών φάσεων x 3. Στα δεξιά είναι ένα παράδειγμα κινητήρα ατράκτου για συσκευή FDD με 12 πηνία (τριφασικά x 4). Τα πηνία στερεώνονται στην σανίδα και τυλίγονται στον πυρήνα.
Το τμήμα σε σχήμα δίσκου στη δεξιά πλευρά των πηνίων είναι ο ρότορας μόνιμου μαγνήτη. Ο άξονας του ρότορα εισάγεται στο κέντρο του πηνίου και καλύπτει το τμήμα του πηνίου και οι μόνιμοι μαγνήτες περιβάλλουν την περιφέρεια του πηνίου.
Η εσωτερική δομή του τριφασικού κινητήρα πλήρους κύματος χωρίς ψήκτρες και το ισοδύναμο κύκλωμα της σύνδεσης πηνίου
Ακολουθεί ένα σκίτσο της εσωτερικής δομής και του ισοδύναμου κυκλώματος της σύνδεσης πηνίου.
Αυτό το σκίτσο εσωτερικής δομής είναι ένα παράδειγμα κινητήρα 2 πόλων (2 μαγνήτες) 3 θυρίδων (3 πηνίων) με πολύ απλή δομή. Είναι παρόμοια με τη δομή ενός βουρτσισμένου κινητήρα με τον ίδιο αριθμό πόλων και υποδοχών, αλλά η πλευρά του πηνίου είναι σταθερή και οι μαγνήτες μπορούν να περιστραφούν. Φυσικά, δεν υπάρχουν πινέλα.
Σε αυτή την περίπτωση, τα πηνία συνδέονται σε σχήμα Υ και χρησιμοποιείται ένα στοιχείο ημιαγωγού για την παροχή ρεύματος στα πηνία, ελέγχοντας την εισροή και εκροή του ρεύματος ανάλογα με τη θέση των περιστρεφόμενων μαγνητών.
Σε αυτό το παράδειγμα, ένα στοιχείο Hall χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της θέσης του μαγνήτη. Το στοιχείο Hall είναι διαμορφωμένο μεταξύ του πηνίου και του πηνίου για να ανιχνεύει την τάση που δημιουργείται και χρησιμοποιείται ως πληροφορίες θέσης με βάση την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Στην εικόνα του κινητήρα του άξονα FDD που δόθηκε προηγουμένως, μπορείτε επίσης να δείτε το στοιχείο Hall που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της θέσης μεταξύ του πηνίου και του πηνίου (πάνω από το πηνίο).
Τα στοιχεία Hall είναι ευρέως γνωστά ως μαγνητικοί αισθητήρες.
Μπορεί να μετατρέψει το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου στο μέγεθος της τάσης και να υποδεικνύει την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου με θετικούς ή αρνητικούς όρους.
Παρακάτω είναι ένα διάγραμμα που δείχνει το φαινόμενο Hall.
Hall elements take advantage of the phenomenon that "when a current IH flows through a semiconductor and the magnetic flux B passes at right angles to the current, a voltage VH is generated in the direction perpendicular to the current and the magnetic field", a phenomenon discovered by American physicist Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) and called "Hall effect".
Η προκύπτουσα τάση VH εκφράζεται με την ακόλουθη εξίσωση.
Όπως δείχνει ο τύπος, όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται συχνά για την ανίχνευση της θέσης του ρότορα (μαγνήτης).
Αρχή περιστροφής τριφασικού κινητήρα χωρίς ψήκτρες πλήρους κύματος
Η αρχή περιστροφής του κινητήρα χωρίς ψήκτρες θα εξηγηθεί στα ακόλουθα βήματα ① έως ⑥. Για εύκολη κατανόηση, ο μόνιμος μαγνήτης απλοποιείται από κύκλο σε ορθογώνιο εδώ.
①
Σε ένα πηνίο 3 φάσεων, αφήστε το πηνίο 1 να στερεωθεί στις 12 η ώρα, το πηνίο 2 να στερεωθεί στις 4 η ώρα και το πηνίο 3 να στερεωθεί στις 8 η ώρα του ρολογιού. Αφήστε τον πόλο Ν του 2πολικού μόνιμου μαγνήτη να είναι στην αριστερή πλευρά και ο πόλος S στη δεξιά πλευρά και να περιστρέφεται.
Κάντε το ρεύμα Io να ρέει στο πηνίο 1 για να δημιουργήσετε το μαγνητικό πεδίο του πόλου S στο εξωτερικό του πηνίου. Αφήστε το ρεύμα Io/2 να ρέει από το πηνίο 2 και το πηνίο 3 για να παραχθεί ένα μαγνητικό πεδίο Ν-πόλου στο εξωτερικό του πηνίου.
Όταν τα μαγνητικά πεδία των πηνίων 2 και 3 συντίθενται με διάνυσμα, το μαγνητικό πεδίο του Ν-πόλου δημιουργείται προς τα κάτω, το οποίο είναι 0,5 φορές το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται όταν το ρεύμα Io διέρχεται από ένα πηνίο και γίνεται 1,5 φορές το μέγεθος όταν προστίθεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου 1. Αυτό δημιουργεί ένα συνθετικό μαγνητικό πεδίο υπό γωνία 90° σε σχέση με τον μόνιμο μαγνήτη, έτσι ώστε να μπορεί να δημιουργηθεί η μέγιστη ροπή και ο μόνιμος μαγνήτης να περιστρέφεται δεξιόστροφα.
Όταν το ρεύμα στο πηνίο 2 μειώνεται και το ρεύμα στο πηνίο 3 αυξάνεται ανάλογα με τη θέση περιστροφής, το συνθετικό μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται επίσης δεξιόστροφα και ο μόνιμος μαγνήτης συνεχίζει να περιστρέφεται.
②
Στην κατάσταση περιστροφής των 30°, το ρεύμα Io ρέει στο πηνίο 1 έτσι ώστε το ρεύμα στο πηνίο 2 να είναι μηδέν, προκαλώντας τη ροή του ρεύματος Io από το πηνίο 3.
Η εξωτερική πλευρά του πηνίου 1 γίνεται ο πόλος S και η εξωτερική πλευρά του πηνίου 3 γίνεται ο πόλος Ν. Όταν συντίθεται το διάνυσμα, το παραγόμενο μαγνητικό πεδίο είναι √3 (≈1,72) φορές το μαγνητικό πεδίο που παράγεται όταν το ρεύμα Io διέρχεται από ένα πηνίο. Αυτό παράγει επίσης ένα συνθετικό μαγνητικό πεδίο σε γωνία 90° σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο του μόνιμου μαγνήτη και περιστρέφεται δεξιόστροφα.
Όταν το ρεύμα εισροής Io του πηνίου 1 μειώνεται ανάλογα με τη θέση περιστροφής, το ρεύμα εισροής του πηνίου 2 αυξάνεται από το μηδέν και το ρεύμα εκροής του πηνίου 3 αυξάνεται σε Io, το συνθετικό μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται επίσης δεξιόστροφα και το μόνιμο ο μαγνήτης συνεχίζει να περιστρέφεται.
Υποθέτοντας ότι το ρεύμα σε κάθε φάση είναι ημιτονοειδές, η τρέχουσα τιμή εδώ είναι Io × sin(π⁄3) = Io × √3⁄2. Με τη διανυσματική σύνθεση του μαγνητικού πεδίου, το συνολικό μέγεθος του μαγνητικού πεδίου είναι (√3⁄2) 2 × 2 = 1,5 φορές το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα πηνίο. Όταν τα ρεύματα σε κάθε φάση είναι ημιτονοειδή, το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου σύνθεσης διανυσμάτων είναι 1,5 φορές το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από ένα πηνίο ανεξάρτητα από τη θέση του μόνιμου μαγνήτη, και το μαγνητικό πεδίο βρίσκεται σε γωνία 90° σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο του μόνιμου μαγνήτη.
③
Στην κατάσταση όπου η περιστροφή συνεχίστηκε για 30°, το ρεύμα Io/2 ρέει στο πηνίο 1, το ρεύμα Io/2 ρέει στο πηνίο 2 και το ρεύμα Io ρέει έξω από το πηνίο 3.
Η εξωτερική πλευρά του πηνίου 1 γίνεται ο πόλος S, η εξωτερική πλευρά του πηνίου 2 γίνεται επίσης ο πόλος S και η εξωτερική πλευρά του πηνίου 3 γίνεται ο πόλος Ν. Όταν το διάνυσμα συντίθεται, το μαγνητικό πεδίο που παράγεται είναι 1,5 φορές το μαγνητικό πεδίο που παράγεται όταν το ρεύμα Io ρέει μέσα από ένα πηνίο (ίδιο με το ①). Και εδώ δημιουργείται ένα συνθετικό μαγνητικό πεδίο υπό γωνία 90° σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο του μόνιμου μαγνήτη και περιστρέφεται δεξιόστροφα.
④～⑥
Περιστρέψτε με τον ίδιο τρόπο όπως το ① στο ③.
Με αυτόν τον τρόπο, εάν το ρεύμα που ρέει στο πηνίο αλλάζει συνεχώς διαδοχικά σύμφωνα με τη θέση του μόνιμου μαγνήτη, ο μόνιμος μαγνήτης θα περιστρέφεται σε μια σταθερή κατεύθυνση. Ομοίως, εάν το ρεύμα αντιστραφεί και η φορά του συνθετικού μαγνητικού πεδίου αντιστραφεί, θα περιστραφεί αριστερόστροφα.
Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τα ρεύματα σε κάθε πηνίο για κάθε ένα από τα βήματα ① έως ⑥ παραπάνω διαδοχικά. Η σχέση μεταξύ της αλλαγής ρεύματος και της περιστροφής πρέπει να γίνει κατανοητή από την παραπάνω περιγραφή.
Βηματικοί κινητήρες
A stepper motor is a motor that can accurately control the rotation angle and speed synchronized with a pulse signal, also known as a "pulse motor. Stepper motors are widely used in equipment that requires positioning because accurate positioning can be achieved by open-loop control without the use of position sensors.
Δομή βηματικού κινητήρα (διφασικός διπολικός)
Τα παρακάτω διαγράμματα, από αριστερά προς τα δεξιά, δείχνουν ένα παράδειγμα εμφάνισης ενός βηματικού κινητήρα, ένα σκίτσο της εσωτερικής δομής και ένα σκίτσο της ιδέας της δομής.
Στο παράδειγμα εμφάνισης, δίνεται η εμφάνιση βηματικών κινητήρων τύπου HB (υβριδικού) και τύπου PM (μόνιμος μαγνήτης). Το διάγραμμα δομής στη μέση δίνεται επίσης για τον τύπο HB και τον τύπο PM.
Ο βηματικός κινητήρας είναι μια δομή στην οποία το πηνίο είναι στερεωμένο και ο μόνιμος μαγνήτης περιστρέφεται. Το εννοιολογικό διάγραμμα της εσωτερικής δομής ενός βηματικού κινητήρα στα δεξιά είναι ένα παράδειγμα κινητήρα PM που χρησιμοποιεί διφασικά (δύο σετ) πηνίων. Στο παράδειγμα της βασικής δομής βηματικού κινητήρα, τα πηνία είναι διαμορφωμένα στο εξωτερικό και οι μόνιμοι μαγνήτες είναι διαμορφωμένοι στο εσωτερικό. Εκτός από τα διφασικά πηνία, υπάρχουν και τύποι με μεγαλύτερο αριθμό φάσεων όπως τριφασικοί και πενταφασικοί.
Ορισμένοι βηματικοί κινητήρες έχουν άλλες διαφορετικές δομές, αλλά η βασική δομή του βηματικού κινητήρα δίνεται σε αυτό το άρθρο για να διευκολυνθεί η εισαγωγή της αρχής λειτουργίας του. Μέσω αυτής της εργασίας, ελπίζουμε να κατανοήσουμε τη βασική δομή των βηματικών κινητήρων με σταθερά πηνία και περιστρεφόμενους μόνιμους μαγνήτες.
Βασική αρχή λειτουργίας βηματικού κινητήρα (μονοφασική διέγερση)
Το παρακάτω διάγραμμα χρησιμοποιείται για την εισαγωγή της βασικής αρχής λειτουργίας ενός βηματικού κινητήρα. Αυτό είναι ένα παράδειγμα διέγερσης για κάθε φάση (σύνολο πηνίων) των διφασικών πηνίων διπολικού τύπου παραπάνω. Η υπόθεση του διαγράμματος είναι ότι η κατάσταση αλλάζει από ① σε ④. Τα πηνία αποτελούνται από το πηνίο 1 και το πηνίο 2, αντίστοιχα. Επιπλέον, τα τρέχοντα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση ροής του ρεύματος.
①
・ Κάντε το ρεύμα να ρέει από την αριστερή πλευρά του πηνίου 1 και προς τα έξω από τη δεξιά πλευρά του πηνίου 1.
・ Μην αφήνετε το ρεύμα να ρέει μέσω του πηνίου 2.
・Αυτή τη στιγμή, η εσωτερική πλευρά του αριστερού πηνίου 1 γίνεται Ν και η εσωτερική πλευρά του δεξιού πηνίου 1 γίνεται S.
・Σαν αποτέλεσμα, ο μεσαίος μόνιμος μαγνήτης έλκεται από το μαγνητικό πεδίο του πηνίου 1 και αλλάζει στην αριστερή πλευρά S και στη δεξιά πλευρά N και σταματά.
②
・Το ρεύμα του πηνίου 1 διακόπτεται έτσι ώστε το ρεύμα να εισέρχεται από την επάνω πλευρά του πηνίου 2 και να βγαίνει από την κάτω πλευρά του πηνίου 2.
・Η εσωτερική πλευρά του άνω πηνίου 2 αλλάζει σε N και η εσωτερική πλευρά του κάτω πηνίου 2 αλλάζει σε S.
・Ο μόνιμος μαγνήτης έλκεται από το μαγνητικό του πεδίο και περιστρέφεται κατά 90° δεξιόστροφα για να σταματήσει.
③
・Το ρεύμα του πηνίου 2 διακόπτεται έτσι ώστε το ρεύμα να εισέρχεται από τη δεξιά πλευρά του πηνίου 1 και να βγαίνει από την αριστερή πλευρά του πηνίου 1.
・Η εσωτερική πλευρά του αριστερού πηνίου 1 γίνεται S και η εσωτερική πλευρά του δεξιού πηνίου 1 γίνεται N.
・Ο μόνιμος μαγνήτης έλκεται από το μαγνητικό του πεδίο και περιστρέφεται δεξιόστροφα κατά άλλες 90° για να σταματήσει.
④
・Διακόψτε το ρεύμα στο πηνίο 1 έτσι ώστε το ρεύμα να εισέρχεται από την κάτω πλευρά του πηνίου 2 και να βγαίνει από την επάνω πλευρά του πηνίου 2.
・Η εσωτερική πλευρά του άνω πηνίου 2 γίνεται S και η εσωτερική πλευρά του κάτω πηνίου 2 γίνεται N.
・Ο μόνιμος μαγνήτης έλκεται από το μαγνητικό του πεδίο και περιστρέφεται δεξιόστροφα κατά άλλες 90° για να σταματήσει.
Ο βηματικός κινητήρας μπορεί να περιστραφεί αλλάζοντας το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο από το ηλεκτρονικό κύκλωμα με τη σειρά από ① έως ④ παραπάνω. Σε αυτό το παράδειγμα, κάθε ενέργεια μεταγωγής προκαλεί την περιστροφή του βηματικού κινητήρα κατά 90°.
Επιπλέον, όταν το ρεύμα ρέει συνεχώς μέσω ενός πηνίου, η κατάσταση διακοπής μπορεί να διατηρηθεί και ο βηματικός κινητήρας μπορεί να έχει ροπή συγκράτησης. Παρεμπιπτόντως, εάν η σειρά του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο αντιστραφεί, ο βηματικός κινητήρας μπορεί να περιστραφεί αντίστροφα.
Βρείτε έναν επαγγελματία κατασκευαστή βιομηχανικών κινητήρων - Dongchun motor China
Μετάβαση στο περιεχόμενο 
