Dünyadaki enerji tüketiminin neredeyse yarısı motorlar tarafından tüketildiğinden, motorların yüksek verimliliği, dünyanın enerji sorununu çözmenin en etkili önlemi olarak adlandırılıyor.
Genel anlamda manyetik alanda akan akımın oluşturduğu kuvvetin dönme hareketine dönüştürülmesini ifade eder ve geniş anlamda doğrusal hareketi de içerir.Motor tarafından tahrik edilen güç kaynağının türüne göre DC motor ve AC motora ayrılabilir.Motorun dönme prensibine göre kabaca aşağıdaki kategorilere ayrılabilir.(özel motorlar hariç)
AC AC motor Fırçalı motor: Yaygın olarak kullanılan fırçalı motora genellikle DC motor adı verilir.Akımı değiştirmek için "fırça" (stator tarafı) ve "komütatör" (armatür tarafı) adı verilen bir elektrot sırayla temas ettirilir ve böylece bir dönme hareketi gerçekleştirilir.Fırçasız DC motor: Fırçalara ve komütatörlere ihtiyaç duymaz ancak akımı değiştirmek ve dönüş gerçekleştirmek için transistörler gibi anahtarlama işlevlerini kullanır.Adım motoru: Bu motor darbe gücüyle senkron çalıştığından darbe motoru olarak da adlandırılır.Özelliği, doğru konumlandırma işlemini kolayca gerçekleştirebilmesidir.Asenkron motor: Alternatif akım, statorun dönen manyetik alan üretmesini sağlar, bu da rotorun indüklenen akımı üretmesini ve etkileşimi altında dönmesini sağlar.AC (alternatif akım) motor Senkron motor: alternatif akım, dönen bir manyetik alan oluşturur ve manyetik kutuplara sahip rotor, çekim nedeniyle döner.Dönme hızı güç frekansıyla senkronize edilir.
Akım, manyetik alan ve kuvvet hakkında Öncelikle motor prensibinin aşağıdaki açıklamasını kolaylaştırmak için akım, manyetik alan ve kuvvet ile ilgili temel kanunları/kuralları gözden geçirelim.Her ne kadar bir nostalji hissi olsa da, manyetik bileşenleri sık kullanmıyorsanız bu bilgiyi unutmanız kolaydır.
Motor nasıl dönüyor?1) Motor mıknatıslar ve manyetik kuvvet yardımıyla döner.Dönen bir şafta sahip kalıcı bir mıknatısın etrafında, ① mıknatısı döndürün (dönen bir manyetik alan oluşturmak için), ② N kutbunun ve S kutbunun farklı kutuplarının birbirini çekmesi ve aynı seviyede itmesi ilkesine göre, ③ mıknatısı bir dönen mil dönecektir.
Telin içinden akan akım, etrafında dönen bir manyetik alana (manyetik kuvvet) neden olur, böylece mıknatıs döner, bu da aslında bununla aynı etki durumudur.
Ek olarak, tel bir bobine sarıldığında, manyetik kuvvet sentezlenerek büyük bir manyetik alan akışı (manyetik akı) oluşturulur ve sonuçta bir N kutbu ve bir S kutbu oluşur.Ayrıca demir çekirdeğin bobin şeklindeki iletkenin içine yerleştirilmesiyle manyetik alan çizgilerinin geçmesi kolaylaşır ve daha güçlü manyetik kuvvet oluşturulabilir.2) Gerçek dönen motor Burada, elektrik makinesini döndürmenin pratik bir yöntemi olarak, üç fazlı AC ve bobin kullanılarak dönen manyetik alan üretme yöntemi tanıtılmaktadır.(Üç fazlı AC, faz aralığı 120 olan bir AC sinyalidir.) Demir çekirdeğin etrafına sarılan bobinler üç faza bölünmüş olup, U fazlı bobinler, V fazlı bobinler ve W fazlı bobinler, 120. Yüksek gerilimli bobinler N kutup, alçak gerilimli bobinler ise S kutupları oluşturur.Her faz sinüs dalgasına göre değişir, dolayısıyla her bobinin ürettiği polarite (N kutbu, S kutbu) ve manyetik alanı (manyetik kuvvet) değişecektir.Şu anda, N kutup üreten bobinlere bakın ve bunları U-fazlı bobin →V-fazlı bobin →W-fazlı bobin →U-fazlı bobin sırasına göre değiştirin, böylece dönün.Küçük motorun yapısı Aşağıdaki şekilde adım motoru, fırçalı DC motor ve fırçasız DC motorun genel yapısı ve karşılaştırması gösterilmektedir.Bu motorların temel bileşenleri esas olarak bobinler, mıknatıslar ve rotorlardır.Ayrıca farklı tipleri nedeniyle bobinli sabit tip ve mıknatıslı sabit tip olarak ikiye ayrılırlar.
Burada fırça DC motorunun mıknatısı dış tarafa sabitlenir ve bobin iç tarafta döner.Fırça ve komütatör, bobine güç sağlamaktan ve akımın yönünü değiştirmekten sorumludur.Burada fırçasız motorun bobini dış tarafa sabitlenir ve mıknatıs iç tarafta döner.Motor tiplerinin farklı olması nedeniyle temel bileşenleri aynı olsa bile yapıları farklıdır.Her bölümde detaylı olarak anlatılacaktır.Fırçalı motor Fırçalı motorun yapısı Aşağıda modelde sıklıkla kullanılan fırçalı DC motorun görünümü ve sıradan iki kutuplu (iki mıknatıslı) üç yuvalı (üç bobinli) motorun parçalanmış şematik diyagramı verilmiştir.Belki birçok kişinin motoru söküp mıknatısı çıkarma deneyimi vardır.Fırça DC motorunun kalıcı mıknatısının sabit olduğu ve fırça DC motorunun bobininin iç merkez etrafında dönebildiği görülmektedir.Sabit tarafa “stator”, dönen tarafa ise “rotor” adı verilir.
Fırça motorunun dönme prensibi ① Bobin A üstte olacak şekilde başlangıç durumundan itibaren saat yönünün tersine döndürün, güç kaynağını fırçaya bağlayın ve sol tarafın (+) ve sağ tarafın (-) olmasına izin verin.Sol fırçadan komütatör aracılığıyla bobin A'ya büyük bir akım akar.Bu, A bobininin üst kısmının (dış kısmının) S kutbu haline geldiği bir yapıdır.A bobininin akımının 1/2'si sol fırçadan B bobinine ve C bobinine A bobinine ters yönde aktığından, B bobininin ve C bobininin dış tarafları zayıf N kutupları haline gelir (Şekilde biraz daha küçük harflerle gösterilir). figür).Bu bobinlerde oluşan manyetik alan ve mıknatısların itme ve çekme kuvveti, bobinlerin saat yönünün tersine dönmesini sağlar.② saat yönünün tersine daha fazla dönüş.Daha sonra, A bobininin saat yönünün tersine 30 derece dönmesi durumunda sağ fırçanın iki komütatörle temas halinde olduğu varsayılmaktadır.A bobininin akımı sürekli olarak sol fırçadan sağ fırçaya akar ve bobinin dış tarafı S kutbunu tutar.A bobiniyle aynı akım B bobininden akar ve B bobininin dış tarafı daha güçlü bir N-kutbu haline gelir.Bobin C'nin her iki ucu da fırçalarla kısa devre edildiğinden herhangi bir akım akmaz ve herhangi bir manyetik alan oluşmaz.Bu durumda bile saat yönünün tersine dönme kuvvetine maruz kalacaktır.③'den ④'ye kadar üst bobin sürekli olarak sola doğru hareket eden kuvveti, alt bobin ise sürekli olarak sağa doğru hareket eden kuvveti alır ve saat yönünün tersine dönmeye devam eder.Bobin her 30 derecede bir ③ ve ④ yönünde döndüğünde, bobin merkezi yatay eksenin üzerine yerleştirildiğinde, bobinin dış tarafı S kutbu haline gelir;Bobin aşağıya yerleştirildiğinde N kutbu haline gelir ve bu hareket tekrarlanır.Başka bir deyişle, üst bobin tekrar tekrar sola doğru hareket eden bir kuvvete maruz kalır ve alt bobin tekrar tekrar sağa doğru hareket eden bir kuvvete (her ikisi de saat yönünün tersine) maruz kalır.Bu, rotorun daima saat yönünün tersine dönmesine neden olur.Güç kaynağı karşıt sol fırçaya (-) ve sağ fırçaya (+) bağlanırsa, bobinde zıt yönlerde bir manyetik alan oluşturulacak, dolayısıyla bobine uygulanan kuvvetin yönü de saat yönünde dönerek ters yönde olacaktır. .Ayrıca güç kaynağı kesildiğinde fırça motorunun rotoru dönmeyi sürdürecek manyetik alan olmadığından dönmeyi durduracaktır.Üç fazlı tam dalga fırçasız motor Üç fazlı tam dalga fırçasız motorun görünümü ve yapısı
Üç fazlı tam dalga fırçasız motorun bobin bağlantısının iç yapı diyagramı ve eşdeğer devresi. Sonraki, iç yapının şematik diyagramı ve bobin bağlantısının eşdeğer devre diyagramıdır.İç yapı şeması, 2 kutuplu (2 mıknatıslı) 3 yuvalı (3 bobinli) motorun basit bir örneğidir.Aynı sayıda kutup ve yuvaya sahip fırça motoru yapısına benzer ancak bobin tarafı sabittir ve mıknatıs dönebilir.Tabii ki fırça yok.Bu durumda, bobin Y-bağlantı yöntemini benimser ve yarı iletken eleman bobine akım sağlamak için kullanılır ve akımın girişi ve çıkışı, dönen mıknatısın konumuna göre kontrol edilir.Bu örnekte mıknatısın konumunu tespit etmek için bir Hall elemanı kullanılmıştır.Hall elemanı bobinler arasına yerleştirilmiş olup, manyetik alan şiddetine göre üretilen voltajı algılayarak konum bilgisi olarak kullanır.Daha önce verilen FDD iş mili motorunun görüntüsünde, bobin ile bobin arasında konumu algılayacak bir Hall elemanının (bobin üstünde) olduğu da görülebilmektedir.Hall elemanı iyi bilinen bir manyetik sensördür.Manyetik alanın büyüklüğü voltajın büyüklüğüne dönüştürülebilir ve manyetik alanın yönü pozitif ve negatif olarak temsil edilebilir.
Üç fazlı tam dalga fırçasız motorun dönme prensibi Daha sonra, fırçasız motorun dönme prensibi ① ~ ⑥ adımlarına göre açıklanacaktır.Kolay anlaşılması için, kalıcı mıknatıs burada daireselden dikdörtgene basitleştirilmiştir.① Üç fazlı bobinde, bobin 1 saatin 12 yönünde, bobin 2 saatin 4 yönünde ve bobin 3 saatin 8 yönünde sabitlensin. saatin saat yönü.2 kutuplu kalıcı mıknatısın N kutbu solda, S kutbu sağda olsun, dönebilir.Bobinin dışında bir S-kutuplu manyetik alan oluşturmak için bobine (1) bir Io akımı akar.Io/2 akımı, bobinin dışında bir N-kutuplu manyetik alan oluşturmak için bobinden (2) ve bobinden (3) akar.Bobin 2 ve bobin 3'ün manyetik alanları vektörel olarak sentezlendiğinde, aşağıya doğru bir N-kutuplu manyetik alan oluşturulur; bu, Io akımı bir bobinden geçtiğinde ve manyetik alana eklendiğinde oluşturulan manyetik alanın boyutunun 0,5 katıdır. Bobin 1'in alanı 1,5 katı olur.Bu, kalıcı mıknatısa göre 90 derecelik bir açıya sahip bir kompozit manyetik alan üretecektir, böylece maksimum tork üretilebilir ve kalıcı mıknatıs saat yönünde dönebilir.Bobinin (2) akımı azaltıldığında ve bobinin (3) akımı dönme konumuna göre artırıldığında ortaya çıkan manyetik alan da saat yönünde döner ve kalıcı mıknatıs da dönmeye devam eder.② 30 derece döndürüldüğünde, Io akımı bobin 1'e akar, böylece bobin 2'deki akım sıfır olur ve Io akımı bobin 3'ten dışarı akar. Bobinin 1 dış tarafı bir S kutbu haline gelir, ve bobinin (3) dış tarafı bir N kutbu haline gelir.Vektörler birleştirildiğinde, oluşturulan manyetik alan, Io akımının bir bobinden geçmesi durumunda oluşturulan manyetik alanın √3(≈1,72) katıdır.Bu aynı zamanda kalıcı mıknatısın manyetik alanına göre 90 derecelik bir açıyla ortaya çıkan bir manyetik alan üretecek ve saat yönünde dönecektir.Bobinin (1) giriş akımı Io dönme konumuna göre azaltıldığında, bobinin (2) giriş akımı sıfırdan artırılır ve bobinin (3) çıkış akımı Io'ya yükseltildiğinde ortaya çıkan manyetik alan da saat yönünde döner, ve kalıcı mıknatıs dönmeye devam eder.Her faz akımının sinüzoidal olduğunu varsayarsak buradaki akım değeri io× sin (π 3) = io× √ 32 olur. Manyetik alanın vektör sentezi yoluyla toplam manyetik alan (√ 32) 2× 2 = 1,5 katıdır. Bir bobin tarafından oluşturulan manyetik alan.※.Her faz akımı sinüs dalgası olduğunda, kalıcı mıknatısın konumu ne olursa olsun, vektör kompozit manyetik alanın büyüklüğü, bir bobinin ürettiği manyetik alanın 1,5 katıdır ve manyetik alan, sabit mıknatısa göre 90 derecelik bir açı oluşturur. kalıcı mıknatısın manyetik alanı.③ 30 derece dönmeye devam edilmesi durumunda, Io/2 akımı 1. bobine, Io/2 akımı 2. bobine ve Io akımı 3. bobinden dışarı akar. 1. bobinin dış tarafı S kutbu olur. , bobinin (2) dış tarafı S kutbu olur ve bobinin (3) dış tarafı N kutbu olur.Vektörler birleştirildiğinde, oluşturulan manyetik alan, Io akımının bir bobinden akması durumunda oluşturulan manyetik alanın 1,5 katıdır (① ile aynı).Burada kalıcı mıknatısın manyetik alanına göre 90 derecelik bir açıya sahip sentetik bir manyetik alan da oluşturulacak ve saat yönünde döndürülecektir.④～⑥ ① ~ ③ ile aynı şekilde döndürün.Bu sayede bobine akan akım sürekli mıknatısın konumuna göre sürekli olarak anahtarlanırsa kalıcı mıknatıs sabit bir yönde dönecektir.Benzer şekilde, eğer akım ters yönde akarsa ve sentetik manyetik alan tersine çevrilirse saat yönünün tersine dönecektir.Aşağıdaki şekil ①'den ⑥'ye kadar her adımda her bobinin akımını göstermektedir.Yukarıdaki giriş sayesinde mevcut değişim ile rotasyon arasındaki ilişkiyi anlayabilmeliyiz.step motor Step motor, dönüş açısını ve hızını darbe sinyali ile senkronize ve doğru bir şekilde kontrol edebilen bir motor türüdür.Adım motoruna “darbe motoru” da denir.Adım motoru, konumlandırmaya ihtiyaç duyan ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır çünkü konum sensörü kullanmadan yalnızca açık döngü kontrolü yoluyla doğru konumlandırmayı gerçekleştirebilir.Adım motorunun yapısı (iki fazlı bipolar) Görünüm örneklerinde HB (hibrit) ve PM (sabit mıknatıslı) adım motorlarının görünümleri verilmiştir.Ortadaki yapı şeması aynı zamanda HB ve PM'nin yapısını da göstermektedir.Step motor, sabit bobinli ve dönen kalıcı mıknatıslı bir yapıdır.Sağdaki adım motorunun iç yapısının kavramsal diyagramı, iki fazlı (iki grup) bobinleri kullanan bir PM motor örneğidir.Adım motorunun temel yapı örneğinde bobin dış tarafa, kalıcı mıknatıs ise iç tarafa yerleştirilmiştir.İki fazın yanı sıra üç fazlı ve beş eşit fazlı birçok bobin çeşidi vardır.Bazı adım motorlarının farklı yapıları vardır ancak çalışma prensiplerini tanıtmak için bu yazıda adım motorlarının temel yapısı verilmektedir.Bu makale sayesinde, adım motorunun temel olarak bobin sabitleme ve sabit mıknatıs dönüş yapısını benimsediğini anlamayı umuyorum.Adım motorunun temel çalışma prensibi (tek fazlı uyarım) Aşağıdaki kullanımlar adım motorunun temel çalışma prensibini tanıtmak için kullanılır.① Akım, bobin 1'in sol tarafından içeri ve bobin 1'in sağ tarafından dışarı akar. Akımın bobin 2'den akmasına izin vermeyin. Bu sırada, sol bobinin 1 içi N olur ve bobinin 1'in içi N olur. sağ bobin 1 S olur. Bu nedenle ortadaki kalıcı mıknatıs, bobin 1'in manyetik alanı tarafından çekilir ve sol taraf S ve sağ taraf N durumunda durur. ② Bobin 1'deki akımı durdurun, böylece akım bobinin (2) üst tarafından içeri akar ve bobinin (2) alt tarafından dışarı akar. Üst bobinin (2) iç tarafı N olur ve alt bobinin (2) iç tarafı S olur. Kalıcı mıknatıs manyetik alanı tarafından çekilir ve saat yönünde 90 derece dönmeyi bırakır.③ Bobin 2'deki akımı durdurun, böylece akım bobin 1'in sağ tarafından içeri girer ve bobin 1'in sol tarafından dışarı akar. Sol bobin 1'in içi S olur ve sağ bobin 1'in içi N olur. Kalıcı mıknatıs, manyetik alanı tarafından çekilir ve saat yönünde 90 derece daha dönerek durur.④ Bobin 1'deki akımı durdurun, böylece akım bobinin 2 alt tarafından içeri girer ve bobinin 2 üst tarafından dışarı akar. Üst bobinin 2 içi S olur ve bobinin içi 2 olur. alt bobin 2 N olur. Kalıcı mıknatıs, manyetik alanı tarafından çekilir ve saat yönünde 90 derece daha dönerek durur.Adım motoru, bobinden akan akımın elektronik devre aracılığıyla yukarıdaki sırayla ①'den ④'ye değiştirilmesiyle döndürülebilir.Bu örnekte, her bir anahtar hareketi, adım motorunu 90 derece döndürecektir. Ayrıca, akım belirli bir bobinden sürekli olarak aktığında, durma durumunu koruyabilir ve adım motorunun tutma torkuna sahip olmasını sağlayabilir.Bu arada bobinden geçen akım ters çevrilirse step motor ters yönde döndürülebilir.
