Casi la mitad del consumo de energía mundial lo consumen los motores, por lo que la alta eficiencia de los motores se considera la medida más eficaz para resolver los problemas energéticos del mundo.
En general, se refiere a la transformación de la fuerza generada por la corriente que fluye en el campo magnético en acción rotatoria, y en sentido amplio, también incluye acción lineal.Según el tipo de fuente de alimentación impulsada por el motor, se puede dividir en motor de CC y motor de CA.Según el principio de rotación del motor, se puede dividir a grandes rasgos en las siguientes categorías.(excepto motores especiales)
Motor de CA Motor de CA Motor con escobillas: El motor con escobillas ampliamente utilizado generalmente se denomina motor de CC.Un electrodo llamado "cepillo" (lado del estator) y un "conmutador" (lado de la armadura) se ponen en contacto secuencialmente para cambiar la corriente, realizando así una acción giratoria.Motor de CC sin escobillas: no necesita escobillas ni conmutadores, pero utiliza funciones de conmutación como transistores para conmutar la corriente y realizar la rotación.Motor paso a paso: Este motor funciona de forma sincrónica con la potencia de pulso, por lo que también se le llama motor de pulso.Su característica es que puede realizar fácilmente una operación de posicionamiento precisa.Motor asíncrono: la corriente alterna hace que el estator produzca un campo magnético giratorio, lo que hace que el rotor produzca corriente inducida y gire bajo su interacción.Motor de CA (corriente alterna) Motor síncrono: la corriente alterna crea un campo magnético giratorio y el rotor con polos magnéticos gira debido a la atracción.La velocidad de rotación está sincronizada con la frecuencia eléctrica.
Sobre la corriente, el campo magnético y la fuerza En primer lugar, para facilitar la siguiente explicación del principio motor, revisemos las leyes/reglas básicas sobre la corriente, el campo magnético y la fuerza.Aunque existe un sentimiento de nostalgia, es fácil olvidar este conocimiento si no se utilizan componentes magnéticos con frecuencia.
¿Cómo gira el motor?1) el motor gira con la ayuda de imanes y fuerza magnética.Alrededor de un imán permanente con un eje giratorio, ① gire el imán (para generar un campo magnético giratorio), ② según el principio de que diferentes polos del polo N y del polo S se atraen y el mismo nivel se repelen, ③ el imán con un El eje giratorio girará.
La corriente que fluye por el cable provoca un campo magnético giratorio (fuerza magnética) a su alrededor, de modo que el imán gira, que en realidad es el mismo estado de acción que este.
Además, cuando el cable se enrolla en una bobina, la fuerza magnética se sintetiza, formando un gran flujo de campo magnético (flujo magnético), lo que da como resultado un polo N y un polo S.Además, al insertar el núcleo de hierro en el conductor en forma de bobina, las líneas del campo magnético se vuelven más fáciles de atravesar y pueden generar una fuerza magnética más fuerte.2) Motor giratorio real Aquí, como método práctico de máquina eléctrica giratoria, se presenta el método de fabricación de un campo magnético giratorio utilizando CA trifásica y bobina.(La CA trifásica es una señal de CA con un intervalo de fase de 120). Las bobinas enrolladas alrededor del núcleo de hierro se dividen en tres fases, y las bobinas de fase U, las bobinas de fase V y las bobinas de fase W están dispuestas a intervalos de 120. Las bobinas de alto voltaje generan N polos y las bobinas de bajo voltaje generan S polos.Cada fase cambia según una onda sinusoidal, por lo que la polaridad (polo N, polo S) generada por cada bobina y su campo magnético (fuerza magnética) cambiarán.En este momento, simplemente mire las bobinas que generan N polos y cámbielas en orden de bobina de fase U → bobina de fase V → bobina de fase W → bobina de fase U, girando así.Estructura de un motor pequeño La siguiente figura muestra la estructura general y la comparación del motor paso a paso, el motor CC con escobillas y el motor CC sin escobillas.Los componentes básicos de estos motores son principalmente bobinas, imanes y rotores.Además, debido a los diferentes tipos, se dividen en tipo fijo de bobina y tipo fijo de imán.
Aquí, el imán del motor de CC con escobillas está fijo en el exterior y la bobina gira en el interior.La escobilla y el conmutador son responsables de suministrar energía a la bobina y cambiar la dirección de la corriente.Aquí, la bobina del motor sin escobillas está fijada en el exterior y el imán gira en el interior.Debido a los diferentes tipos de motores, sus estructuras son diferentes incluso si los componentes básicos son los mismos.Se explicará detalladamente en cada parte.Motor con escobillas Estructura del motor con escobillas La siguiente es la apariencia del motor de CC con escobillas que se utiliza a menudo en el modelo y el diagrama esquemático despiezado del motor ordinario de dos polos (dos imanes) y tres ranuras (tres bobinas).Quizás mucha gente tenga la experiencia de desmontar el motor y sacar el imán.Se puede ver que el imán permanente del motor de CC con escobillas está fijo y la bobina del motor de CC con escobillas puede girar alrededor del centro interior.El lado fijo se llama "estator" y el lado giratorio se llama "rotor".
Principio de rotación del motor del cepillo ① Gire en sentido contrario a las agujas del reloj desde el estado inicial. La bobina A está en la parte superior, conectando la fuente de alimentación al cepillo, y deje que el lado izquierdo sea (+) y el lado derecho sea (-).Una gran corriente fluye desde la escobilla izquierda a la bobina A a través del conmutador.Se trata de una estructura en la que la parte superior (exterior) de la bobina A se convierte en el polo S.Dado que la mitad de la corriente de la bobina A fluye desde el cepillo izquierdo a la bobina B y a la bobina C en dirección opuesta a la bobina A, los lados exteriores de la bobina B y la bobina C se convierten en N polos débiles (indicados por letras ligeramente más pequeñas en el cifra).El campo magnético generado en estas bobinas y la repulsión y atracción de los imanes hacen que las bobinas giren en sentido antihorario.② rotación adicional en sentido antihorario.A continuación, se supone que la escobilla derecha está en contacto con dos conmutadores en el estado en que la bobina A gira 30 grados en sentido antihorario.La corriente de la bobina A fluye continuamente desde la escobilla izquierda a la derecha, y el lado exterior de la bobina mantiene el polo S.La misma corriente que circula por la bobina A fluye a través de la bobina B, y el exterior de la bobina B se convierte en un polo N más fuerte.Dado que ambos extremos de la bobina C están cortocircuitados por escobillas, no fluye corriente y no se genera ningún campo magnético.Incluso en este caso, estará sujeto a la fuerza de rotación en sentido antihorario.De ③ a 4, la bobina superior recibe continuamente la fuerza que se mueve hacia la izquierda, y la bobina inferior recibe continuamente la fuerza que se mueve hacia la derecha y continúa girando en sentido antihorario.Cuando la bobina gira a ③ y ④ cada 30 grados, cuando la bobina está ubicada sobre el eje horizontal central, el lado exterior de la bobina se convierte en el polo S;Cuando la bobina se sitúa debajo, se convierte en polo N, y este movimiento se repite.En otras palabras, la bobina superior se somete repetidamente a una fuerza que se mueve hacia la izquierda y la bobina inferior se somete repetidamente a una fuerza que se mueve hacia la derecha (ambas en sentido antihorario).Esto hace que el rotor gire siempre en sentido antihorario.Si la fuente de alimentación está conectada al cepillo izquierdo (-) y al cepillo derecho (+) opuestos, se generará un campo magnético con direcciones opuestas en la bobina, por lo que la dirección de la fuerza aplicada a la bobina también es opuesta, girando en el sentido de las agujas del reloj. .Además, cuando se desconecta la fuente de alimentación, el rotor del motor del cepillo dejará de girar porque no hay un campo magnético que lo mantenga girando.Motor trifásico sin escobillas de onda completa Aspecto y estructura del motor trifásico sin escobillas de onda completa
Diagrama de la estructura interna y circuito equivalente de conexión de la bobina del motor trifásico sin escobillas de onda completa. A continuación se muestra el diagrama esquemático de la estructura interna y el diagrama del circuito equivalente de la conexión de la bobina.El diagrama de estructura interna es un ejemplo sencillo de un motor de 2 polos (2 imanes) y 3 ranuras (3 bobinas).Es similar a la estructura del motor de escobillas con el mismo número de polos y ranuras, pero el lado de la bobina es fijo y el imán puede girar.Por supuesto, no hay cepillo.En este caso, la bobina adopta el método de conexión en Y, y el elemento semiconductor se utiliza para suministrar corriente a la bobina, y la entrada y salida de corriente se controlan según la posición del imán giratorio.En este ejemplo, se utiliza un elemento Hall para detectar la posición del imán.El elemento Hall está dispuesto entre las bobinas y detecta la tensión generada en función de la intensidad del campo magnético y la utiliza como información de posición.En la imagen del motor de husillo FDD proporcionada anteriormente, también se puede ver que hay un elemento Hall (encima de la bobina) entre la bobina y la bobina para detectar la posición.El elemento Hall es un conocido sensor magnético.La magnitud del campo magnético se puede convertir en la magnitud del voltaje y la dirección del campo magnético se puede representar como positiva y negativa.
Principio de rotación del motor trifásico sin escobillas de onda completa A continuación, se explicará el principio de rotación del motor sin escobillas según los pasos ① ~ ⑥.Para facilitar la comprensión, aquí el imán permanente se simplifica de circular a rectangular.① En la bobina trifásica, deje que la bobina 1 se fije en la dirección de las 12 en punto del reloj, la bobina 2 se fije en la dirección de las 4 en punto del reloj y la bobina 3 se fije en la dirección de las 8 dirección de las horas del reloj.Deje que el polo N del imán permanente de 2 polos esté a la izquierda y el polo S a la derecha, y podrá girar.Una corriente Io fluye hacia la bobina 1 para generar un campo magnético de polo S fuera de la bobina.La corriente Io/2 fluye desde la bobina 2 y la bobina 3 para generar un campo magnético de polos N fuera de la bobina.Cuando los campos magnéticos de las bobinas 2 y 3 se sintetizan vectorialmente, se genera un campo magnético de polos N hacia abajo, que es 0,5 veces el tamaño del campo magnético generado cuando la corriente Io pasa a través de una bobina y cuando se agrega a la bobina magnética. campo de la bobina 1, se vuelve 1,5 veces.Esto producirá un campo magnético compuesto con un ángulo de 90° con respecto al imán permanente, de modo que se pueda generar el par máximo y el imán permanente gire en el sentido de las agujas del reloj.Cuando se reduce la corriente de la bobina 2 y se aumenta la corriente de la bobina 3 según la posición de rotación, el campo magnético resultante también gira en el sentido de las agujas del reloj y el imán permanente también continúa girando.② Cuando se gira 30 grados, la corriente Io fluye hacia la bobina 1, de modo que la corriente en la bobina 2 es cero y la corriente Io sale de la bobina 3. El lado exterior de la bobina 1 se convierte en un polo S, y el lado exterior de la bobina 3 se convierte en un polo N.Cuando se combinan los vectores, el campo magnético generado es √3(≈1,72) veces el generado cuando la corriente Io pasa a través de una bobina.Esto también producirá un campo magnético resultante en un ángulo de 90° con respecto al campo magnético del imán permanente y girará en el sentido de las agujas del reloj.Cuando la corriente de entrada Io de la bobina 1 se reduce según la posición de rotación, la corriente de entrada de la bobina 2 aumenta desde cero y la corriente de salida de la bobina 3 aumenta a Io, el campo magnético resultante también gira en el sentido de las agujas del reloj. y el imán permanente continúa girando.Suponiendo que la corriente de cada fase es sinusoidal, el valor de la corriente aquí es io× sin (π 3) = io× √ 32. A través de la síntesis vectorial del campo magnético, el campo magnético total es (√ 32) 2× 2 = 1,5 veces la Campo magnético generado por una bobina.※.Cuando la corriente de cada fase es una onda sinusoidal, sin importar dónde esté ubicado el imán permanente, la magnitud del campo magnético compuesto vectorial es 1,5 veces el campo magnético generado por una bobina, y el campo magnético forma un ángulo de 90 grados con respecto a el campo magnético del imán permanente.③ En el estado de rotación continua de 30 grados, la corriente Io/2 fluye hacia la bobina 1, la corriente Io/2 fluye hacia la bobina 2 y la corriente Io sale de la bobina 3. El lado exterior de la bobina 1 se convierte en el polo S , el lado exterior de la bobina 2 se convierte en el polo S y el lado exterior de la bobina 3 se convierte en el polo N.Cuando se combinan los vectores, el campo magnético generado es 1,5 veces el generado cuando la corriente Io fluye a través de una bobina (lo mismo que ①).Aquí también se genera un campo magnético sintético con un ángulo de 90 grados con respecto al campo magnético del imán permanente y se gira en el sentido de las agujas del reloj.④～⑥ Gire de la misma manera que ① ~ ③.De esta manera, si la corriente que fluye hacia la bobina cambia continuamente según la posición del imán permanente, el imán permanente girará en una dirección fija.De manera similar, si la corriente fluye en la dirección opuesta y el campo magnético sintético se invierte, girará en sentido antihorario.La siguiente figura muestra la corriente de cada bobina en cada paso del ① al ⑥.A través de la introducción anterior, deberíamos poder comprender la relación entre el cambio actual y la rotación.motor paso a paso El motor paso a paso es un tipo de motor que puede controlar el ángulo de rotación y la velocidad de forma sincrónica y precisa con una señal de pulso.El motor paso a paso también se denomina "motor de impulsos".El motor paso a paso se usa ampliamente en equipos que necesitan posicionamiento porque puede realizar un posicionamiento preciso solo a través del control de bucle abierto sin utilizar un sensor de posición.Estructura del motor paso a paso (bipolar bifásico) En los ejemplos de apariencia, se dan las apariencias de los motores paso a paso HB (híbrido) y PM (imán permanente).El diagrama de estructura en el medio también muestra la estructura de HB y PM.El motor paso a paso es una estructura con bobina fija e imán permanente giratorio.El diagrama conceptual de la estructura interna del motor paso a paso a la derecha es un ejemplo de motor PM que utiliza bobinas bifásicas (dos grupos).En el ejemplo de estructura básica de un motor paso a paso, la bobina está dispuesta en el exterior y el imán permanente está dispuesto en el interior.Además de las dos fases, existen muchos tipos de bobinas con tres fases y cinco fases iguales.Algunos motores paso a paso tienen otras estructuras diferentes, pero para presentar sus principios de funcionamiento, este artículo proporciona la estructura básica de los motores paso a paso.A través de este artículo, espero comprender que el motor paso a paso adopta básicamente la estructura de fijación de bobina y rotación de imán permanente.Principio de funcionamiento básico del motor paso a paso (excitación monofásica) A continuación se utiliza para presentar el principio de funcionamiento básico del motor paso a paso.① La corriente entra desde el lado izquierdo de la bobina 1 y sale desde el lado derecho de la bobina 1. No permita que la corriente fluya a través de la bobina 2. En este momento, el interior de la bobina izquierda 1 se convierte en N, y el interior de la bobina derecha 1 se convierte en S.. Por lo tanto, el imán permanente del medio es atraído por el campo magnético de la bobina 1 y se detiene en el estado del lado izquierdo S y del lado derecho N.. ② Detenga la corriente en la bobina 1, de modo que la corriente fluye desde el lado superior de la bobina 2 y sale desde el lado inferior de la bobina 2. El lado interior de la bobina superior 2 se convierte en N y el lado interior de la bobina inferior 2 se convierte en S. El imán permanente es atraído por su campo magnético y deja de girar 90° en el sentido de las agujas del reloj.③ Detenga la corriente en la bobina 2, de modo que la corriente entre desde el lado derecho de la bobina 1 y salga desde el lado izquierdo de la bobina 1. El interior de la bobina izquierda 1 se convierte en S, y el interior de la bobina derecha 1 se convierte en N.. El imán permanente es atraído por su campo magnético y gira en el sentido de las agujas del reloj otros 90 grados hasta detenerse.④ Detenga la corriente en la bobina 1, de modo que la corriente entre desde el lado inferior de la bobina 2 y salga desde el lado superior de la bobina 2. El interior de la bobina superior 2 se convierte en S, y el interior de la bobina 1 La bobina inferior 2 se convierte en N. El imán permanente es atraído por su campo magnético y gira en el sentido de las agujas del reloj otros 90 grados hasta detenerse.El motor paso a paso se puede girar cambiando la corriente que fluye a través de la bobina en el orden anterior de ① a ④ a través del circuito electrónico.En este ejemplo, cada acción del interruptor hará girar el motor paso a paso 90. Además, cuando la corriente fluye continuamente a través de una determinada bobina, puede mantener el estado de parada y hacer que el motor paso a paso tenga el par de retención.Por cierto, si se invierte la corriente que fluye a través de la bobina, el motor paso a paso se puede girar en la dirección opuesta.
