2) موتور دوار واقعی

در اینجا به عنوان یک روش عملی چرخش ماشین های الکتریکی، روشی برای تولید میدان مغناطیسی دوار با استفاده از جریان متناوب سه فاز و سیم پیچ ها معرفی می شود.
(AC سه فاز یک سیگنال AC با فاصله فاز 120 درجه است)

• میدان مغناطیسی مصنوعی در حالت ① بالا با شکل ① زیر مطابقت دارد.
• میدان مغناطیسی مصنوعی در حالت ② بالا با ② در شکل زیر مطابقت دارد.
• میدان مغناطیسی مصنوعی در حالت فوق ③ مطابق شکل زیر ③ است.

همانطور که در بالا توضیح داده شد، سیم پیچ پیچیده شده در اطراف هسته به سه فاز تقسیم می شود و سیم پیچ فاز U، سیم پیچ فاز V و ​​سیم پیچ فاز W در فواصل 120 درجه قرار می گیرند.سیم پیچ با ولتاژ بالا قطب N ایجاد می کند و سیم پیچ با ولتاژ پایین قطب S را ایجاد می کند.
از آنجایی که هر فاز به صورت موج سینوسی تغییر می کند، قطبیت (قطب N، قطب S) تولید شده توسط هر سیم پیچ و میدان مغناطیسی آن (نیروی مغناطیسی) تغییر می کند.
در این زمان، فقط به سیم پیچی که قطب N را تولید می کند نگاه کنید و ترتیب آن را بر اساس سیم پیچ فاز U → سیم پیچ فاز V → سیم پیچ فاز W → سیم پیچ فاز U تغییر دهید و در نتیجه می چرخد.

ساختار یک موتور کوچک

شکل زیر ساختار کلی و مقایسه سه موتور را نشان می دهد: موتور پله ای، موتور جریان مستقیم براش (DC) و موتور جریان مستقیم بدون جاروبک (DC).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 زیر توضیحی از ساختار مرتبط با نمودار مثال ارائه شده است.از آنجایی که ممکن است ساختارهای دیگری بر اساس دانه بندی بیشتر وجود داشته باشد، لطفاً درک کنید که ساختار توضیح داده شده در این مقاله در یک چارچوب بزرگ است.

در اینجا سیم پیچ استپر موتور از بیرون ثابت می شود و آهنربا در داخل می چرخد.

در اینجا آهنرباهای موتور DC برس خورده در خارج ثابت می شوند و سیم پیچ ها در داخل می چرخند.برس ها 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، حتی اگر اجزای اصلی یکسان باشند، ساختار آن متفاوت است.در هر بخش مشخصات به تفصیل توضیح داده خواهد شد.

موتور برس خورده

ساختار موتور برس خورده

در زیر یک موتور DC برس خورده که اغلب در مدل‌ها استفاده می‌شود، و همچنین یک شماتیک منفجر شده از یک موتور معمولی دو قطبی (2 آهنربا) سه شیار (3 سیم پیچ) به نظر می‌رسد.شاید بسیاری از افراد تجربه جداسازی موتور و خارج کردن آهنربا را داشته باشند.

مشاهده می شود که آهنرباهای دائمی موتور DC برس خورده ثابت هستند و سیم پیچ های موتور DC برس خورده می توانند در اطراف مرکز داخلی بچرخند.سمت ثابت "استاتور" و سمت چرخان "روتور" نامیده می شود.

در زیر یک نمودار شماتیک از ساختار نشان دهنده مفهوم ساختار است.

سه کموتاتور (ورق های فلزی خم شده برای تعویض جریان) در حاشیه محور مرکزی چرخان وجود دارد.برای جلوگیری از تماس با یکدیگر، کموتاتورها با فاصله 120 درجه (360 درجه ÷ 3 قطعه) مرتب شده اند.کموتاتور با چرخش شفت می چرخد.

یک کموتاتور با یک سر سیم پیچ و سر سیم پیچ دیگر متصل است و سه کموتاتور و سه سیم پیچ یک کل (حلقه) را به عنوان یک شبکه مدار تشکیل می دهند.

دو برس در 0 درجه و 180 درجه برای تماس با کموتاتور ثابت شده اند.منبع تغذیه DC خارجی به برس متصل می شود و جریان مطابق با مسیر برس → کموتاتور → سیم پیچ → برس جریان می یابد.

اصل چرخش موتور برس خورده

① از حالت اولیه در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخانید

سیم پیچ A در بالا قرار دارد، منبع تغذیه را به برس وصل کنید، 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 (سمت بیرونی) 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 های مغناطیسی ایجاد شده در این سیم پیچ ها و اثرات دافعه و جذاب آهنرباها سیم پیچ ها را در معرض نیروی چرخشی خلاف جهت عقربه های ساعت قرار می دهد.

② بیشتر در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخانید

در مرحله بعد، فرض می شود که برس سمت راست با دو کموتاتور در حالتی است که سیم پیچ A در خلاف جهت عقربه های ساعت 30 درجه می چرخد.

جریان سیم پیچ A از برس چپ به برس راست ادامه می دهد و قسمت بیرونی سیم پیچ قطب S را حفظ می کند.

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، نیروی چرخش خلاف جهت عقربه های ساعت تجربه می شود.

از ③ تا ④، سیم پیچ بالایی همچنان نیرویی به سمت چپ دریافت می کند و سیم پیچ پایینی همچنان نیرویی به سمت راست دریافت می کند و در خلاف جهت عقربه های ساعت به چرخش خود 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 می گیرد، سمت بیرونی سیم پیچ به قطب S تبدیل می شود.وقتی سیم پیچ در زیر قرار می گیرد، تبدیل به قطب N می شود و این حرکت تکرار می شود.

به عبارت دیگر، سیم پیچ بالایی بارها و بارها به سمت چپ و سیم پیچ پایینی بارها به سمت راست (هر دو در خلاف جهت عقربه های ساعت) فشار داده می شود.این باعث می شود روتور همیشه در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد.

اگر برق را به برس های سمت چپ (-) و راست (+) وصل کنید، میدان های مغناطیسی مخالف در سیم پیچ ها ایجاد می شود، بنابراین نیروی وارد شده به سیم پیچ ها نیز در جهت مخالف است و در جهت عقربه های ساعت می چرخد.

علاوه بر این، هنگامی که برق خاموش می شود، روتور موتور برس خورده چرخش را متوقف می کند زیرا میدان مغناطیسی برای چرخش آن وجود ندارد.

موتور براشلس سه فاز تمام موج

ظاهر و ساختار موتور براشلس سه فاز تمام موج

شکل زیر نمونه ای از ظاهر و ساختار یک موتور براشلس را نشان می دهد.

در سمت چپ نمونه‌ای از موتور اسپیندل است که برای چرخاندن یک دیسک نوری در دستگاه پخش دیسک نوری استفاده می‌شود.مجموعا سه فاز × 3 کلا 9 کویل.در سمت راست نمونه ای از موتور دوک برای یک دستگاه FDD، با مجموع 12 سیم پیچ (سه فاز × 4) است.سیم پیچ روی برد مدار ثابت می شود و به دور هسته آهنی پیچیده می شود.

قسمت دیسکی شکل سمت راست سیم پیچ، روتور آهنربای دائمی است.حاشیه یک آهنربای دائمی است، شفت روتور در قسمت مرکزی سیم پیچ قرار می گیرد و قسمت سیم پیچ را می پوشاند و آهنربای دائمی اطراف سیم پیچ را احاطه می کند.

نمودار ساختار داخلی و مدار معادل اتصال سیم پیچ موتور براشلس سه فاز تمام موج

بعد یک نمودار شماتیک از ساختار داخلی و یک نمودار شماتیک از مدار معادل اتصال سیم پیچ است.

این نمودار داخلی نمونه ای از موتور بسیار ساده 2 قطبی (2 آهنربا) 3 شیار (3 سیم پیچ) است.این شبیه به ساختار موتور برس خورده با همان تعداد قطب و شکاف است، اما سمت سیم پیچ ثابت است و آهنرباها می توانند بچرخند.البته بدون برس.

در این حالت سیم پیچ به صورت Y وصل می شود و از یک عنصر نیمه هادی برای تامین جریان 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 مرتب می شود و ولتاژ تولید شده بر اساس قدرت میدان مغناطیسی تشخیص داده می شود و به عنوان اطلاعات موقعیت استفاده می شود.در تصویر موتور اسپیندل FDD که قبلا داده شد، همچنین می توان دید که یک عنصر هال (بالای سیم پیچ) برای تشخیص موقعیت بین سیم پیچ و سیم پیچ وجود دارد.

عناصر هال سنسورهای مغناطیسی شناخته شده ای هستند.بزرگی میدان مغناطیسی را می توان به بزرگی ولتاژ تبدیل کرد و جهت میدان مغناطیسی را می توان به صورت مثبت یا منفی بیان کرد.در زیر یک نمودار شماتیک وجود دارد که جلوه هال را نشان می دهد.

عناصر سالن از این پدیده بهره می برند که «وقتی یک جریان I_{H از یک نیمه هادی عبور می کند و یک شار مغناطیسی B در زاویه قائمه با جریان، ولتاژ V عبور می کند.H}در جهت عمود بر جریان و میدان مغناطیسی تولید می شودفیزیکدان آمریکایی ادوین هربرت هال (ادوین هربرت هال) این پدیده را کشف کرد و آن را "اثر هال" نامید.ولتاژ حاصل V_Hبا فرمول زیر نشان داده می شود.

V_H= (K_H/ د) · من_H・B ※K_H: ضریب هال، d: ضخامت سطح نفوذ شار مغناطیسی

همانطور که فرمول نشان می دهد، هر چه جریان بیشتر باشد، ولتاژ بالاتر است.این ویژگی اغلب برای تشخیص موقعیت روتور (آهن ربا) استفاده می شود.

اصل چرخش موتور براشلس سه فاز تمام موج

اصل چرخش موتور براشلس در مراحل زیر ① تا ⑥ توضیح داده خواهد شد.برای درک آسان، آهنرباهای دائمی از دایره به مستطیل در اینجا ساده شده اند.

①

در بین سیم پیچ های سه فاز فرض بر این است که سیم پیچ 1 در جهت ساعت 12 ساعت و سیم پیچ 2 در جهت ساعت 4 ساعت ثابت و سیم پیچ 3 در جهت ساعت ثابت می باشد. جهت ساعت 8 ساعتبگذارید قطب N آهنربای دائمی 2 قطبی در سمت چپ و قطب S در سمت راست باشد و می توان آن را چرخاند.

یک جریان Io به سیم پیچ 1 جریان می یابد تا یک میدان مغناطیسی قطب S در خارج از سیم پیچ ایجاد شود.جریان Io/2 از سیم پیچ 2 و سیم پیچ 3 جریان می یابد تا میدان مغناطیسی قطب N در خارج از سیم پیچ ایجاد شود.

هنگامی که میدان های مغناطیسی سیم پیچ 2 و سیم پیچ 3 بردار 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 Io جریان از یک سیم پیچ است و زمانی که اضافه می شود 1.5 برابر بزرگتر است. به میدان مغناطیسی سیم پیچ 1.این یک میدان مغناطیسی حاصل را با زاویه 90 درجه نسبت به آهنربای دائمی ایجاد می کند، بنابراین حداکثر گشتاور می تواند ایجاد شود، 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 چرخشی 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

در حالت چرخش 30 درجه، جریان Io به سیم پیچ 1 می ریزد، جریان در سیم پیچ 2 صفر می شود و جریان Io از سیم پیچ 3 خارج می شود.

قسمت بیرونی سیم پیچ 1 به قطب S تبدیل می شود و قسمت بیرونی سیم پیچ 3 به قطب N تبدیل می شود.هنگامی که بردارها با هم ترکیب می شوند، میدان مغناطیسی حاصل √3 (≈1.72) برابر میدان مغناطیسی تولید شده در هنگام عبور جریان Io از یک سیم پیچ است.این همچنین یک میدان مغناطیسی حاصل را با زاویه 90 درجه 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 چرخشی 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 نیز به چرخش خود ادامه می دهد.

※با فرض اینکه هر جریان فاز یک شکل موج سینوسی است، مقدار جریان در اینجا Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 از طریق سنتز برداری میدان مغناطیسی، اندازه میدان مغناطیسی کل به صورت (√) به دست می آید. 3⁄2)²× 2=1.5 برابر.وقتی هر جریان فاز یک موج سینوسی است، صرف نظر از موقعیت مغناطیسی دائمی، قدر میدان مغناطیسی مرکب برداری 1.5 برابر میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک سیم پیچ است و میدان مغناطیسی با زاویه 90 درجه نسبی است. به میدان مغناطیسی آهنربای دائمی.

③

در حالت تداوم چرخش 30 درجه، جریان Io/2 به سیم پیچ 1 جریان می یابد، جریان Io/2 به سیم پیچ 2 می ریزد و جریان Io از سیم پیچ 3 خارج می شود.

قسمت بیرونی سیم پیچ 1 به قطب S تبدیل می شود، قسمت بیرونی سیم پیچ 2 نیز به قطب S تبدیل می شود و قسمت بیرونی سیم پیچ 3 به قطب N تبدیل می شود.هنگامی که بردارها با هم ترکیب می شوند، میدان مغناطیسی حاصل 1.5 برابر میدان مغناطیسی است که هنگام عبور جریان Io از یک سیم پیچ (همان ①) تولید می شود.در اینجا نیز یک میدان مغناطیسی حاصل با زاویه 90 درجه نسبت به میدان مغناطیسی آهنربای دائمی ایجاد می شود و در جهت عقربه های ساعت می چرخد.

④～⑥

مانند ① به 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 یک جهت ثابت می چرخد.به همین ترتیب، اگر جریان جریان را معکوس کنید و میدان مغناطیسی حاصل را معکوس کنید، در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد.

شکل زیر به طور پیوسته جریان هر سیم پیچ را در هر مرحله ① تا ⑥ بالا نشان می دهد.از طریق مقدمه فوق، باید بتوان رابطه بین تغییر جریان و چرخش را درک کرد.

موتور پله ای

موتور پله ای موتوری است که می تواند زاویه چرخش و سرعت را در هماهنگی با سیگنال پالس به دقت کنترل کند.به موتور پله ای "موتور پالس" نیز می گویند.از آنجایی که موتورهای پله ای تنها از طریق کنترل حلقه باز و بدون استفاده از حسگرهای موقعیت می توانند به موقعیت یابی دقیق دست یابند، به طور گسترده در تجهیزاتی که نیاز به موقعیت یابی دارند استفاده می شود.

ساختار استپر موتور (دو فاز دو قطبی)

شکل های زیر از چپ به راست نمونه ای از ظاهر موتور پله ای، نمودار شماتیک سازه داخلی و نمودار شماتیک مفهوم سازه است.

در مثال ظاهری، ظاهر موتور پله ای نوع HB (Hybrid) و موتور پله ای از نوع PM (مگنت دائمی) آورده شده است.نمودار ساختار در وسط نیز ساختار نوع HB و نوع PM را نشان می دهد.

موتور پله ای ساختاری است که در آن سیم پیچ ثابت شده و آهنربای دائمی می چرخد.نمودار مفهومی ساختار داخلی یک موتور پله ای در سمت راست نمونه ای از موتور PM با استفاده از دو فاز (دو مجموعه) سیم پیچ است.در مثال ساختار اولیه موتور پله ای، سیم پیچ ها در خارج و آهنرباهای دائمی در داخل قرار گرفته اند.علاوه بر کویل های دوفاز، انواع سه فاز و پنج فاز با فازهای بیشتر نیز وجود دارد.

برخی از موتورهای پله ای دارای ساختارهای متفاوت دیگری هستند، اما ساختار اصلی استپر موتور در این مقاله برای سهولت در معرفی اصل کار آن آورده شده است.از طریق این مقاله، امیدوارم بفهمم که موتور پله ای اساساً ساختار سیم پیچ ثابت و آهنربای دائمی دوار را اتخاذ می کند.

اصل کار موتور پله ای (تحریک تک فاز)

شکل زیر برای معرفی اصل کار یک موتور پله ای استفاده می شود.این نمونه ای از تحریک برای هر فاز (مجموعه سیم پیچ) سیم پیچ دوقطبی دو فاز بالا است.فرض این نمودار این است که حالت از ① به ④ تغییر می کند.کویل به ترتیب از کویل 1 و کویل 2 تشکیل شده است.علاوه بر این، فلش های فعلی جهت جریان جریان را نشان می دهد.

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، ضلع داخلی سیم پیچ سمت چپ 1 تبدیل به N و ضلع داخلی سیم پیچ سمت راست 1 به S تبدیل می شود.
• بنابراین آهنربای دائمی در وسط توسط میدان مغناطیسی سیم پیچ 1 جذب می شود و حالت S چپ و N راست می شود و متوقف می شود.

  ②

• جریان سیم پیچ 1 متوقف می شود و جریان از سمت بالایی سیم پیچ 2 وارد می شود و از سمت پایین سیم پیچ 2 خارج می شود.
• ضلع داخلی سیم پیچ بالایی 2 به N تبدیل می شود و ضلع داخلی سیم پیچ پایینی 2 به S تبدیل می شود.
• آهنربای دائمی توسط میدان مغناطیسی خود جذب می شود و با چرخش 90 درجه در جهت عقربه های ساعت متوقف می شود.

  ③

• جریان سیم پیچ 2 قطع می شود و جریان از سمت راست سیم پیچ 1 وارد می شود و از سمت چپ سیم پیچ 1 خارج می شود.
• سمت داخلی سیم پیچ سمت چپ 1 به S تبدیل می شود و سمت داخلی سیم پیچ سمت راست 1 به N تبدیل می شود.
• آهنربای دائمی توسط میدان مغناطیسی خود جذب می شود و با چرخش 90 درجه دیگر در جهت عقربه های ساعت متوقف می شود.

  ④

• جریان سیم پیچ 1 متوقف می شود و جریان از سمت پایین سیم پیچ 2 به داخل می رود و از سمت بالایی سیم پیچ 2 خارج می شود.
• قسمت داخلی سیم پیچ بالایی 2 به S و سمت داخلی سیم پیچ پایینی 2 تبدیل به N می شود.
• آهنربای دائمی توسط میدان مغناطیسی خود جذب می شود و با چرخش 90 درجه دیگر در جهت عقربه های ساعت متوقف می شود.