موتور چگونه می چرخد؟

نزدیک به نیمی از برق مصرفی جهان توسط موتورها مصرف می شود، بنابراین راندمان بالای موتورها موثرترین اقدام برای حل مشکلات انرژی جهان نامیده می شود.

به طور کلی، به تبدیل نیروی ایجاد شده توسط جریان جریان در میدان مغناطیسی به عمل چرخشی اشاره دارد و در یک مفهوم گسترده، شامل عمل خطی نیز می شود.با توجه به نوع منبع تغذیه که توسط موتور هدایت می شود، می توان آن را به موتور DC و موتور AC تقسیم کرد.با توجه به اصل چرخش موتور، می توان آن را به طور تقریبی به دسته های زیر تقسیم کرد.(به جز موتورهای خاص)

موتور AC AC موتور Brushed: موتور پرکاربرد برس دار معمولاً موتور DC نامیده می شود.یک الکترود به نام "برس" (سمت استاتور) و یک "کموتاتور" (سمت آرمیچر) به طور متوالی برای تغییر جریان در تماس هستند و در نتیجه یک عمل چرخشی انجام می دهند.موتور DC بدون جاروبک: نیازی به برس و کموتاتور ندارد، اما از عملکردهای سوئیچینگ مانند ترانزیستور برای تغییر جریان و انجام چرخش استفاده می کند.موتور پله ای: این موتور به صورت همزمان با توان پالس کار می کند به همین دلیل به آن موتور پالس نیز می گویند.ویژگی آن این است که می تواند به راحتی عملیات موقعیت یابی دقیق را متوجه شود.موتور آسنکرون: جریان متناوب باعث می شود استاتور میدان مغناطیسی دوار تولید کند که باعث می شود روتور جریان القایی تولید کند و تحت اندرکنش آن بچرخد.موتور AC (جریان متناوب) موتور سنکرون: جریان متناوب یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند و روتور با قطب های مغناطیسی به دلیل جاذبه می چرخد.نرخ چرخش با فرکانس توان همگام می شود.

در مورد جریان، میدان مغناطیسی و نیرو اول از همه، برای سهولت توضیح زیر در مورد اصل موتور، اجازه دهید قوانین/قوانین اساسی در مورد جریان، میدان مغناطیسی و نیرو را مرور کنیم.اگرچه احساس نوستالژی وجود دارد، اما اگر اغلب از اجزای مغناطیسی استفاده نکنید، فراموش کردن این دانش آسان است.

موتور چگونه می چرخد؟1) موتور با کمک آهنربا و نیروی مغناطیسی می چرخد.در اطراف آهنربای دائمی با شفت دوار، ① آهنربا را بچرخانید (برای ایجاد میدان مغناطیسی دوار)، ② بر اساس این اصل که قطب های مختلف قطب N و قطب S جذب می کنند و در همان سطح دفع می شوند، ③ آهنربا با یک شفت چرخان خواهد چرخید.

جریانی که در سیم می گذرد باعث ایجاد میدان مغناطیسی دوار (نیروی مغناطیسی) در اطراف آن می شود، به طوری که آهنربا می چرخد، که در واقع همان حالت عمل است.

علاوه بر این، هنگامی که سیم به یک سیم پیچ پیچیده می شود، نیروی مغناطیسی سنتز می شود و یک شار میدان مغناطیسی بزرگ (شار مغناطیسی) تشکیل می دهد که منجر به یک قطب N و یک قطب S می شود.علاوه بر این، با وارد کردن هسته آهنی در هادی سیم پیچ شکل، خطوط میدان مغناطیسی به راحتی عبور می کنند و می توانند نیروی مغناطیسی قوی تری ایجاد کنند.2) موتور دوار واقعی در اینجا به عنوان یک روش عملی چرخش ماشین الکتریکی، روش ساخت میدان مغناطیسی دوار با استفاده از AC سه فاز و سیم پیچ معرفی شده است.(AC سه فاز یک سیگنال AC با فاصله فاز 120 است.) سیم پیچ های پیچیده شده در اطراف هسته آهنی به سه فاز تقسیم می شوند و سیم پیچ های فاز U، سیم پیچ های فاز V و ​​سیم پیچ های فاز W در فواصل زمانی مرتب شده اند. 120. سیم پیچ های با ولتاژ بالا قطب های N و سیم پیچ های با ولتاژ پایین قطب های S ایجاد می کنند.هر فاز بر اساس یک موج سینوسی تغییر می کند، بنابراین قطبیت (قطب N، قطب S) ایجاد شده توسط هر سیم پیچ و میدان مغناطیسی آن (نیروی مغناطیسی) تغییر خواهد کرد.در این زمان، فقط به سیم پیچ هایی که قطب های N را ایجاد می کنند نگاه کنید و آنها را به ترتیب سیم پیچ فاز U → سیم پیچ فاز V → سیم پیچ فاز W → سیم پیچ فاز U تغییر دهید، بنابراین می چرخند.ساختار موتور کوچک شکل زیر ساختار کلی و مقایسه موتور پله ای، موتور DC برس دار و موتور DC بدون جاروبک را نشان می دهد.اجزای اصلی این موتورها عمدتاً سیم پیچ، آهنربا و روتور هستند.علاوه بر این، به دلیل انواع مختلف، آنها را به نوع ثابت سیم پیچ و نوع ثابت آهنربا تقسیم می کنند.

در اینجا آهنربای موتور DC برس در خارج ثابت می شود و سیم پیچ در داخل می چرخد.برس و کموتاتور وظیفه تامین برق سیم پیچ و تغییر جهت جریان را بر عهده دارند.در اینجا سیم پیچ موتور براشلس از بیرون ثابت می شود و آهنربا در داخل می چرخد.با توجه به انواع مختلف موتورها، ساختار آنها متفاوت است حتی اگر اجزای اصلی یکسان باشند.در هر قسمت به تفصیل توضیح داده خواهد شد.موتور برس خورده ساختار موتور برس شکل زیر ظاهر موتور DC برس خورده که اغلب در مدل استفاده می شود و نمودار شماتیک منفجر شده موتور معمولی دو قطبی (دو آهنربا) سه شیار (سه سیم پیچ) است.شاید بسیاری از افراد تجربه جدا کردن موتور و خارج کردن آهنربا را داشته باشند.مشاهده می شود که آهنربای دائمی موتور DC برس ثابت است و سیم پیچ موتور DC برس می تواند به دور مرکز داخلی بچرخد.ضلع ثابت آن «استاتور» و سمت چرخان «روتور» نامیده می شود.

اصل چرخش موتور برس ① از حالت اولیه سیم پیچ A در بالا در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخانید، منبع تغذیه را به برس متصل می کند، و اجازه دهید سمت چپ (+) و سمت راست (-) باشد.جریان زیادی از برس سمت چپ به سیم پیچ A از طریق کموتاتور می گذرد.این ساختاری است که در آن قسمت بالایی (خارج) سیم پیچ A به قطب S تبدیل می شود.از آنجایی که 1/2 جریان سیم پیچ A از برس سمت چپ به سیم پیچ B و سیم پیچ C در جهت مخالف سیم پیچ A می گذرد، اضلاع خارجی سیم پیچ B و سیم پیچ C به قطب های N ضعیف تبدیل می شوند (که با حروف کمی کوچکتر نشان داده می شود. شکل).میدان مغناطیسی ایجاد شده در این سیم پیچ ها و دافعه و جاذبه آهنرباها باعث می شود که سیم پیچ ها در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخند.② چرخش بیشتر در خلاف جهت عقربه های ساعت.در مرحله بعد، فرض بر این است که برس سمت راست با دو کموتاتور در تماس است در حالتی که سیم پیچ A در خلاف جهت عقربه های ساعت 30 درجه می چرخد.جریان سیم پیچ A به طور مداوم از برس سمت چپ به برس سمت راست جریان می یابد و قسمت بیرونی سیم پیچ قطب S را نگه می دارد.همان جریان سیم پیچ A از سیم پیچ B عبور می کند و قسمت بیرونی سیم پیچ B به قطب N قوی تر تبدیل می شود.از آنجایی که هر دو انتهای سیم پیچ C توسط برس ها اتصال کوتاه دارند، جریانی جریان نمی یابد و میدان مغناطیسی ایجاد نمی شود.حتی در این حالت تحت نیروی چرخش خلاف جهت عقربه های ساعت قرار می گیرد.از ③ تا ④، سیم پیچ بالایی به طور مداوم نیروی حرکت به سمت چپ را دریافت می کند و سیم پیچ پایینی به طور مداوم نیروی حرکت به سمت راست را دریافت می کند و به چرخش در خلاف جهت عقربه های ساعت ادامه می دهد.هنگامی که سیم پیچ به ③ و ④ هر 30 درجه می چرخد، هنگامی که سیم پیچ در بالای محور افقی مرکزی قرار دارد، سمت بیرونی سیم پیچ به قطب S تبدیل می شود.وقتی سیم پیچ در زیر قرار می گیرد به قطب N تبدیل می شود و این حرکت تکرار می شود.به عبارت دیگر، سیم پیچ بالایی بارها و بارها تحت تأثیر نیرویی قرار می گیرد که به سمت چپ حرکت می کند و سیم پیچ پایینی بارها تحت تأثیر نیرویی قرار می گیرد که به سمت راست حرکت می کند (هر دو در خلاف جهت عقربه های ساعت).این باعث می شود روتور همیشه در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد.اگر منبع تغذیه به برس چپ مخالف (-) و برس راست (+) وصل شود، یک میدان مغناطیسی با جهت مخالف در سیم پیچ ایجاد می شود، بنابراین جهت نیروی وارد شده به سیم پیچ نیز مخالف است و در جهت عقربه های ساعت می چرخد. .علاوه بر این، هنگامی که منبع تغذیه قطع می شود، چرخش موتور برس متوقف می شود زیرا میدان مغناطیسی برای حفظ چرخش آن وجود ندارد.موتور براشلس سه فاز تمام موج ظاهر و ساختار موتور براشلس سه فاز تمام موج

نمودار ساختار داخلی و مدار معادل اتصال سیم پیچ موتور براشلس سه فاز تمام موج در مرحله بعدی نمودار شماتیک ساختار داخلی و نمودار مدار معادل اتصال سیم پیچ است.نمودار ساختار داخلی یک نمونه ساده از موتور 2 قطبی (2 آهنربا) 3 شیار (3 سیم پیچ) است.این شبیه به ساختار موتور برس با همان تعداد قطب و شکاف است، اما سمت سیم پیچ ثابت است و آهنربا می تواند بچرخد.البته براش نداره.در این حالت سیم پیچ از روش اتصال Y استفاده می کند و از عنصر نیمه هادی برای تامین جریان به سیم پیچ استفاده می شود و جریان ورودی و خروجی با توجه به موقعیت آهنربای دوار کنترل می شود.در این مثال از عنصر هال برای تشخیص موقعیت آهنربا استفاده شده است.عنصر هال بین سیم پیچ ها قرار می گیرد و ولتاژ تولید شده را با توجه به شدت میدان مغناطیسی تشخیص می دهد و از آن به عنوان اطلاعات موقعیت استفاده می کند.در تصویر موتور اسپیندل FDD که قبلا داده شد، همچنین می توان دید که یک عنصر هال (بالای سیم پیچ) بین سیم پیچ و سیم پیچ برای تشخیص موقعیت وجود دارد.عنصر هال یک سنسور مغناطیسی شناخته شده است.بزرگی میدان مغناطیسی را می توان به بزرگی ولتاژ تبدیل کرد و جهت میدان مغناطیسی را می توان با مثبت و منفی نشان داد.

اصل چرخش موتور براشلس سه فاز تمام موج در مرحله بعد، اصل چرخش موتور براشلس طبق مراحل ① ~ ⑥ توضیح داده می شود.برای درک آسان، آهنربای دائمی در اینجا از دایره به مستطیل ساده شده است.① در سیم پیچ سه فاز، اجازه دهید سیم پیچ 1 در جهت ساعت 12 ساعت ثابت شود، سیم پیچ 2 در جهت ساعت 4 ساعت و سیم پیچ 3 در جهت ساعت 8 ثابت شود. جهت ساعت ساعتبگذارید قطب N آهنربای دائمی 2 قطبی در سمت چپ و قطب S در سمت راست باشد و می تواند بچرخد.جریان Io به سیم پیچ 1 می ریزد تا میدان مغناطیسی قطب S در خارج از سیم پیچ ایجاد کند.جریان Io/2 از سیم پیچ 2 و سیم پیچ 3 جریان می یابد تا یک میدان مغناطیسی قطب N در خارج از سیم پیچ ایجاد کند.هنگامی که میدان های مغناطیسی سیم پیچ 2 و سیم پیچ 3 به صورت برداری سنتز می شوند، یک میدان مغناطیسی قطب N به سمت پایین ایجاد می شود که 0.5 برابر اندازه میدان مغناطیسی تولید شده در هنگام عبور جریان Io از یک سیم پیچ و هنگامی که به میدان مغناطیسی اضافه می شود است. میدان سیم پیچ 1، 1.5 برابر می شود.این یک میدان مغناطیسی ترکیبی با زاویه 90 نسبت به آهنربای دائمی ایجاد می کند، بنابراین حداکثر گشتاور می تواند ایجاد شود و آهنربای دائمی در جهت عقربه های ساعت می چرخد.هنگامی که جریان سیم پیچ 2 کاهش می یابد و جریان سیم پیچ 3 با توجه به موقعیت چرخش افزایش می یابد، میدان مغناطیسی حاصل نیز در جهت عقربه های ساعت می چرخد ​​و آهنربای دائمی نیز به چرخش خود ادامه می دهد.② وقتی 30 درجه می چرخد، جریان Io به سیم پیچ 1 می ریزد، به طوری که جریان در سیم پیچ 2 صفر است و جریان Io از سیم پیچ 3 خارج می شود. و سمت بیرونی سیم پیچ 3 به قطب N تبدیل می شود.هنگامی که بردارها با هم ترکیب می شوند، میدان مغناطیسی ایجاد شده √3 (≈1.72) برابر زمانی است که جریان Io از یک سیم پیچ ایجاد می شود.این همچنین یک میدان مغناطیسی حاصل را با زاویه 90 نسبت به میدان مغناطیسی آهنربای دائمی ایجاد می کند و در جهت عقربه های ساعت می چرخد.هنگامی که جریان ورودی Io سیم پیچ 1 با توجه به موقعیت چرخش کاهش می یابد، جریان ورودی سیم پیچ 2 از صفر افزایش می یابد و جریان خروجی سیم پیچ 3 به Io افزایش می یابد، میدان مغناطیسی حاصل نیز در جهت عقربه های ساعت می چرخد. و آهنربای دائمی به چرخش خود ادامه می دهد.با فرض اینکه جریان هر فاز سینوسی است، مقدار فعلی در اینجا io× sin (π 3) = io× √ 32 است. از طریق سنتز برداری میدان مغناطیسی، کل میدان مغناطیسی (√ 32) 2×2 = 1.5 برابر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک سیم پیچ※.وقتی هر جریان فاز موج سینوسی است، مهم نیست که آهنربای دائم در کجا قرار دارد، بزرگی میدان مغناطیسی مرکب برداری 1.5 برابر میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک سیم پیچ است و میدان مغناطیسی زاویه 90 درجه را نسبت به آن تشکیل می دهد. میدان مغناطیسی آهنربای دائمی③ در حالت تداوم چرخش 30 درجه، جریان Io/2 به سیم پیچ 1، جریان Io/2 به سیم پیچ 2 می ریزد و جریان Io از سیم پیچ 3 خارج می شود. طرف خارجی سیم پیچ 1 به قطب S تبدیل می شود. ، سمت بیرونی سیم پیچ 2 به قطب S تبدیل می شود و طرف بیرونی سیم پیچ 3 به قطب N تبدیل می شود.هنگامی که بردارها با هم ترکیب می شوند، میدان مغناطیسی ایجاد شده 1.5 برابر زمانی است که جریان Io از یک سیم پیچ (همان ①) عبور می کند.در اینجا یک میدان مغناطیسی مصنوعی با زاویه 90 درجه نسبت به میدان مغناطیسی آهنربای دائمی نیز تولید شده و در جهت عقربه های ساعت می چرخد.④～⑥ به همان شیوه ① ~ ③ بچرخانید.به این ترتیب، اگر جریان ورودی به سیم پیچ به طور پیوسته با توجه به موقعیت آهنربای دائمی سوئیچ شود، آهنربای دائمی در جهت ثابتی می چرخد.به همین ترتیب، اگر جریان در جهت مخالف جریان یابد و میدان مغناطیسی مصنوعی معکوس شود، در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد.شکل زیر جریان هر سیم پیچ را در هر مرحله از ① تا ⑥ نشان می دهد.از طریق مقدمه فوق، ما باید بتوانیم رابطه بین تغییر جریان و چرخش را درک کنیم.استپ موتور موتور پله ای نوعی موتور است که می تواند زاویه چرخش و سرعت را به صورت همزمان و دقیق با سیگنال پالس کنترل کند.به موتور پله ای "موتور پالس" نیز می گویند.موتور پله ای به طور گسترده در تجهیزاتی که نیاز به موقعیت یابی دارند استفاده می شود زیرا می تواند موقعیت یابی دقیق را تنها از طریق کنترل حلقه باز بدون استفاده از سنسور موقعیت انجام دهد.ساختار موتور پله ای (دو فاز دوقطبی) در مثال های ظاهری، ظاهر موتورهای پله ای HB (هیبرید) و PM (مگنت دائمی) آورده شده است.نمودار ساختار در وسط نیز ساختار HB و PM را نشان می دهد.موتور پله ای سازه ای با سیم پیچ ثابت و آهنربای دائمی دوار است.نمودار مفهومی ساختار داخلی موتور پله ای در سمت راست نمونه ای از موتور PM با استفاده از سیم پیچ های دو فاز (دو گروهی) است.در مثال ساختار پایه موتور پله ای، سیم پیچ در خارج و آهنربای دائمی در داخل قرار گرفته است.علاوه بر دو فاز، انواع مختلفی از سیم پیچ ها با سه فاز و پنج فاز مساوی وجود دارد.برخی از موتورهای پله ای ساختارهای متفاوت دیگری نیز دارند، اما برای معرفی اصول کار آنها، این مقاله ساختار اولیه موتورهای پله ای را ارائه می دهد.از طریق این مقاله، من امیدوارم که درک کنم که موتور پله ای اساساً ساختار تثبیت سیم پیچ و چرخش آهنربای دائمی را اتخاذ می کند.اصول اولیه کار موتور پله ای (تحریک تک فاز) موارد زیر برای معرفی اصول اولیه کار موتور پله ای استفاده می شود.① جریان از سمت چپ سیم پیچ 1 وارد می شود و از سمت راست سیم پیچ 1 خارج می شود. اجازه ندهید جریان از سیم پیچ 2 عبور کند. در این زمان، داخل سیم پیچ سمت چپ 1 N می شود و داخل سیم پیچ 1 می شود. سیم پیچ سمت راست 1 تبدیل به S می شود. بنابراین، آهنربای دائمی میانی توسط میدان مغناطیسی سیم پیچ 1 جذب می شود و در حالت سمت چپ S و سمت راست N متوقف می شود. ② جریان را در سیم پیچ 1 متوقف کنید. به طوری که جریان از سمت بالایی سیم پیچ 2 وارد شده و از سمت پایین سیم پیچ 2 خارج می شود. سمت داخلی سیم پیچ بالایی 2 تبدیل به N و سمت داخلی سیم پیچ پایینی 2 تبدیل به S می شود. آهنربای دائمی توسط میدان مغناطیسی خود جذب می شود و چرخش 90 در جهت عقربه های ساعت متوقف می شود.③ جریان را در سیم پیچ 2 متوقف کنید، به طوری که جریان از سمت راست سیم پیچ 1 وارد شود و از سمت چپ سیم پیچ 1 خارج شود. داخل سیم پیچ چپ 1 به S و داخل سیم پیچ سمت راست 1 می شود. تبدیل به N می شود. آهنربای دائمی توسط میدان مغناطیسی خود جذب می شود و 90 درجه دیگر در جهت عقربه های ساعت می چرخد ​​تا متوقف شود.④ جریان را در سیم پیچ 1 متوقف کنید، به طوری که جریان از سمت پایین سیم پیچ 2 وارد شده و از سمت بالایی سیم پیچ 2 خارج شود. داخل سیم پیچ بالایی 2 به S تبدیل می شود و داخل سیم پیچ 2 می شود. سیم پیچ پایینی 2 تبدیل به N می شود. آهنربای دائمی توسط میدان مغناطیسی خود جذب می شود و 90 درجه دیگر در جهت عقربه های ساعت می چرخد ​​تا متوقف شود.موتور پله ای را می توان با تغییر جریان عبوری از سیم پیچ به ترتیب بالا از ① به ④ در مدار الکترونیکی چرخاند.در این مثال، هر عمل سوئیچ، موتور پله را 90 می‌چرخاند. علاوه بر این، هنگامی که جریان به طور مداوم از یک سیم پیچ خاص عبور می‌کند، می‌تواند حالت توقف را حفظ کند و باعث شود موتور پله‌ای گشتاور نگهدارنده را داشته باشد.به هر حال، اگر جریان عبوری از سیم پیچ معکوس شود، استپر موتور را می توان در جهت مخالف چرخاند.