איך המנוע מסתובב?

כמעט מחצית מצריכת החשמל בעולם נצרכת על ידי מנועים, ולכן היעילות הגבוהה של מנועים נקראת המדד היעיל ביותר לפתרון בעיות האנרגיה בעולם.

באופן כללי, הכוונה היא להפיכת הכוח שנוצר מהזרם הזורם בשדה המגנטי לפעולה סיבובית, ובמובן הרחב, היא כוללת גם פעולה ליניארית.על פי סוג ספק הכוח המונע על ידי מנוע, ניתן לחלק אותו למנוע DC ולמנוע AC.על פי עקרון הסיבוב המנוע, ניתן לחלק אותו באופן גס לקטגוריות הבאות.(למעט מנועים מיוחדים)

מנוע AC AC מנוע מוברש: המנוע המוברש בשימוש נרחב נקרא בדרך כלל מנוע DC.אלקטרודה הנקראת "מברשת" (צד סטטור) ו"קומוטטור" (צד אבזור) נוצרות במגע ברציפות כדי להחליף את הזרם, ובכך לבצע פעולת סיבוב.מנוע DC ללא מברשות: הוא אינו זקוק למברשות ומקומוטטורים, אלא משתמש בפונקציות מיתוג כגון טרנזיסטורים כדי להחליף זרם ולבצע סיבוב.מנוע צעד: מנוע זה פועל באופן סינכרוני עם הספק דופק, ולכן הוא נקרא גם מנוע דופק.המאפיין שלו הוא שהוא יכול בקלות לממש פעולת מיקום מדויקת.מנוע אסינכרוני: זרם חילופין גורם לסטטור לייצר שדה מגנטי מסתובב, מה שגורם לרוטור לייצר זרם מושרה ולהסתובב תחת האינטראקציה שלו.מנוע AC (זרם חילופין) מנוע סינכרוני: זרם חילופין יוצר שדה מגנטי מסתובב, והרוטור בעל הקטבים המגנטיים מסתובב עקב משיכה.קצב הסיבוב מסונכרן עם תדר ההספק.

על זרם, שדה מגנטי וכוח קודם כל, על מנת להקל על ההסבר הבא של העיקרון המוטורי, בואו נסקור את החוקים/הכללים הבסיסיים לגבי זרם, שדה מגנטי וכוח.למרות שיש תחושה של נוסטלגיה, קל לשכוח את הידע הזה אם לא משתמשים ברכיבים מגנטיים לעתים קרובות.

איך המנוע מסתובב?1) המנוע מסתובב בעזרת מגנטים וכוח מגנטי.מסביב למגנט קבוע עם פיר מסתובב, ① סובבו את המגנט (כדי ליצור שדה מגנטי מסתובב), ② לפי העיקרון שקטבים שונים של קוטב N וקוטב S מושכים ואותה רמה דוחה, ③ המגנט עם ציר מסתובב יסתובב.

הזרם הזורם בחוט גורם לשדה מגנטי מסתובב (כוח מגנטי) סביבו, כך שהמגנט מסתובב, שזהו למעשה אותו מצב פעולה כמו זה.

בנוסף, כאשר החוט מלופף לסליל, הכוח המגנטי מסונתז ויוצר שטף שדה מגנטי גדול (שטף מגנטי), וכתוצאה מכך נוצרים קוטב N וקוטב S.בנוסף, על ידי הכנסת ליבת הברזל למוליך בצורת סליל, קווי השדה המגנטי הופכים קלים למעבר ויכולים ליצור כוח מגנטי חזק יותר.2) מנוע מסתובב בפועל כאן, כשיטה מעשית לסיבוב מכונה חשמלית, מוצגת השיטה של ​​ייצור שדה מגנטי מסתובב באמצעות תלת פאזי AC וסליל.(AC תלת פאזי הוא אות AC עם מרווח פאזה של 120.) הסלילים הכרוכים סביב ליבת הברזל מחולקים לשלושה שלבים, וסלילי U-פאזי, סלילי V-פאזי וסלילי W-פאזי מסודרים במרווחים של 120. הסלילים עם מתח גבוה מייצרים N קטבים, והסלילים עם מתח נמוך מייצרים קטבים S.כל פאזה משתנה בהתאם לגל סינוס, ולכן הקוטביות (קוטב N, קוטב S) שנוצר על ידי כל סליל והשדה המגנטי שלו (כוח מגנטי) ישתנו.בשלב זה, פשוט תסתכל על הסלילים שמייצרים N קטבים, ושנו אותם בסדר של סליל U-פאזה → סליל V-פאזה → סליל W-פאזה → סליל U-פאזה, ובכך לסובב.מבנה מנוע קטן האיור הבא מציג את המבנה הכללי וההשוואה של מנוע צעד, מנוע DC מוברש ומנוע DC ללא מברשות.המרכיבים הבסיסיים של מנועים אלו הם בעיקר סלילים, מגנטים ורוטורים.בנוסף, בשל סוגים שונים, הם מחולקים לסוג סליל קבוע וסוג קבוע מגנט.

כאן, המגנט של מנוע DC מברשת קבוע מבחוץ, והסליל מסתובב מבפנים.המברשת והקומוטטור אחראים על אספקת חשמל לסליל ושינוי כיוון הזרם.כאן, סליל המנוע ללא מברשות מקובע מבחוץ והמגנט מסתובב מבפנים.בשל סוגי המנועים השונים, המבנים שלהם שונים גם אם הרכיבים הבסיסיים זהים.זה יפורט בהרחבה בכל חלק.מנוע מוברש מבנה מנוע המברשת להלן המראה של מנוע ה-DC המוברש המשמש לעתים קרובות בדגם, והדיאגרמה הסכמטית המפוצצת של המנוע הרגיל דו-קוטבי (שני מגנטים) בעל שלושה חריצים (שלושה סלילים).אולי להרבה אנשים יש ניסיון בפירוק המנוע והוצאת המגנט.ניתן לראות שהמגנט הקבוע של מנוע המברשת DC קבוע, והסליל של מנוע DC המברשת יכול להסתובב סביב המרכז הפנימי.הצד הקבוע נקרא "סטטור" והצד המסתובב נקרא "רוטור".

עקרון סיבוב של מנוע המברשת ① סובב נגד כיוון השעון מהמצב ההתחלתי שסליל A נמצא בחלק העליון, מחבר את ספק הכוח למברשת, ותן לצד השמאלי להיות (+) ולצד הימני להיות (-).זרם גדול זורם מהמברשת השמאלית לסליל A דרך הקומוטטור.זהו מבנה בו החלק העליון (החוץ) של סליל A הופך לקוטב S.מכיוון ש-1/2 מהזרם של סליל A זורם מהמברשת השמאלית לסליל B וסליל C בכיוון ההפוך לסליל A, הצדדים החיצוניים של סליל B ושל סליל C הופכים לקטבים N חלשים (מסומנים באותיות מעט קטנות יותר ב- דמות).השדה המגנטי שנוצר בסלילים אלו והדחייה והמשיכה של מגנטים גורמים לסלילים להסתובב נגד כיוון השעון.② סיבוב נוסף נגד כיוון השעון.לאחר מכן, ההנחה היא שהמברשת הימנית נמצאת במגע עם שני קומוטטורים במצב שהסליל A מסתובב נגד כיוון השעון ב-30 מעלות.הזרם של סליל A זורם ברציפות מהמברשת השמאלית למברשת הימנית, והצד החיצוני של הסליל שומר על עמוד ה-S.אותו זרם כמו סליל A זורם דרך סליל B, והחלק החיצוני של סליל B הופך לקוטב N חזק יותר.מכיוון ששני הקצוות של סליל C קצרים על ידי מברשות, לא זורם זרם ולא נוצר שדה מגנטי.גם במקרה זה, הוא יהיה נתון לכוח של סיבוב נגד כיוון השעון.מ-③ ל-④, הסליל העליון מקבל ברציפות את הכוח שנע שמאלה, והסליל התחתון מקבל ברציפות את הכוח שנע ימינה, וממשיך להסתובב נגד כיוון השעון.כאשר הסליל מסתובב ל-③ ול-④ כל 30 מעלות, כאשר הסליל ממוקם מעל הציר האופקי המרכזי, הצד החיצוני של הסליל הופך לקוטב S;כאשר הסליל ממוקם מתחת, הוא הופך לקוטב N, והתנועה הזו חוזרת על עצמה.במילים אחרות, הסליל העליון נתון שוב ושוב לכוח הנע שמאלה, והסליל התחתון נתון שוב ושוב לכוח הנע ימינה (שניהם נגד כיוון השעון).זה גורם לרוטור להסתובב תמיד נגד כיוון השעון.אם ספק הכוח מחובר למברשת השמאלית הנגדית (-) ולמברשת הימנית (+), יווצר בסליל שדה מגנטי עם כיוונים מנוגדים, כך שכיוון הכוח המופעל על הסליל גם הוא הפוך, מסתובב עם כיוון השעון .בנוסף, כאשר אספקת החשמל מנותקת, הרוטור של מנוע המברשת יפסיק להסתובב כי אין שדה מגנטי שימשיך להסתובב.מנוע תלת פאזי ללא מברשות גל מלא מראה ומבנה של מנוע תלת פאזי ללא מברשות גל מלא

תרשים מבנה פנימי ומעגל שווה ערך של חיבור סליל של מנוע תלת פאזי ללא מברשות ללא מברשות הבא הוא הדיאגרמה הסכמטית של המבנה הפנימי ותרשים המעגל המקביל של חיבור הסליל.תרשים המבנה הפנימי הוא דוגמה פשוטה למנוע דו-קוטבי (2 מגנטים) בעל 3 חריצים (3 סלילים).זה דומה למבנה מנוע המברשת עם אותו מספר קטבים וחריצים, אבל צד הסליל קבוע והמגנט יכול להסתובב.כמובן, אין מברשת.במקרה זה, הסליל נוקט בשיטת חיבור Y, ואלמנט המוליך למחצה משמש לאספקת זרם לסליל, והזרימה והיציאה של הזרם נשלטות בהתאם למיקום המגנט המסתובב.בדוגמה זו, אלמנט הול משמש לזיהוי מיקום המגנט.אלמנט ההול מסודר בין הסלילים, ומזהה את המתח שנוצר בהתאם לעוצמת השדה המגנטי ומשתמש בו כמידע מיקום.בתמונה של מנוע ציר FDD שניתנה קודם לכן, ניתן גם לראות שיש אלמנט Hall (מעל הסליל) בין הסליל לסליל כדי לזהות את המיקום.אלמנט הול הוא חיישן מגנטי ידוע.ניתן להמיר את גודל השדה המגנטי לגודל המתח, וכיוון השדה המגנטי יכול להיות מיוצג על ידי חיובי ושלילי.

עקרון סיבוב של מנוע ללא מברשות תלת פאזי לאחר מכן, עקרון הסיבוב של המנוע ללא מברשות יוסבר לפי השלבים ① ~ ⑥.להבנה קלה, המגנט הקבוע מפושט כאן מעגול למלבני.① בסליל התלת פאזי, תנו לסליל 1 להיות קבוע בכיוון השעה 12 של השעון, לסליל 2 להיות קבוע בכיוון השעה 4 של השעון, ולסליל 3 להיות קבוע ב-8 כיוון השעה של השעון.תן לקוטב N של המגנט הקבוע הדו-קוטבי להיות בצד שמאל ולקוטב ה-S בצד ימין, והוא יכול להסתובב.זרם Io זורם לתוך סליל 1 כדי ליצור שדה מגנטי בקוטב S מחוץ לסליל.זרם Io/2 זורם מהסליל 2 ומהסליל 3 כדי ליצור שדה מגנטי בקוטב N מחוץ לסליל.כאשר השדות המגנטיים של סליל 2 וסליל 3 מסונתזים וקטורי, נוצר שדה מגנטי של קוטב N כלפי מטה, שהוא פי 0.5 מגודל השדה המגנטי שנוצר כאשר זרם Io עובר דרך סליל אחד, וכאשר הוא מתווסף למגנטי. שדה של סליל 1, הוא הופך פי 1.5.זה ייצור שדה מגנטי מורכב עם זווית של 90 ביחס למגנט הקבוע, כך שניתן ליצור את המומנט המרבי והמגנט הקבוע מסתובב בכיוון השעון.כאשר זרם סליל 2 מופחת והזרם של סליל 3 גדל בהתאם למיקום הסיבוב, השדה המגנטי שנוצר מסתובב גם הוא בכיוון השעון, וגם המגנט הקבוע ממשיך להסתובב.② כאשר מסובבים אותו ב-30 מעלות, זרם Io זורם לתוך סליל 1, כך שהזרם בסליל 2 הוא אפס, והזרם Io זורם מתוך סליל 3. הצד החיצוני של סליל 1 הופך לקוטב S, והצד החיצוני של הסליל 3 הופך לקוטב N.כאשר הווקטורים משולבים, השדה המגנטי שנוצר הוא פי √3(≈1.72) מזה שנוצר כאשר הזרם Io עובר דרך סליל.זה גם ייצור שדה מגנטי שנוצר בזווית של 90 ביחס לשדה המגנטי של המגנט הקבוע, ויסובב עם כיוון השעון.כאשר זרם הזרימה Io של סליל 1 מופחת בהתאם למיקום הסיבוב, זרם הזרימה של סליל 2 גדל מאפס, וזרם היציאה של סליל 3 גדל ל-Io, השדה המגנטי שנוצר מסתובב גם הוא בכיוון השעון, והמגנט הקבוע ממשיך להסתובב.בהנחה שכל זרם פאזה הוא סינוסואידי, ערך הזרם כאן הוא io× sin (π 3) = io× √ 32. באמצעות סינתזה וקטורית של שדה מגנטי, השדה המגנטי הכולל הוא (√ 32) 2× 2 = פי 1.5 שדה מגנטי שנוצר על ידי סליל.※.כאשר כל זרם פאזה הוא גל סינוס, לא משנה היכן ממוקם המגנט הקבוע, גודל השדה המגנטי הווקטורי הוא פי 1.5 מהשדה המגנטי שנוצר על ידי סליל, והשדה המגנטי יוצר זווית של 90 מעלות ביחס ל השדה המגנטי של המגנט הקבוע.③ במצב של המשך סיבוב ב-30 מעלות, זרם Io/2 זורם לתוך סליל 1, זרם Io/2 זורם לסליל 2, וזרם Io זורם מתוך סליל 3. הצד החיצוני של סליל 1 הופך לקוטב S , הצד החיצוני של סליל 2 הופך לקוטב S, והצד החיצוני של סליל 3 הופך לקוטב N.כאשר הוקטורים משולבים, השדה המגנטי שנוצר הוא פי 1.5 מזה שנוצר כאשר הזרם Io זורם דרך סליל (זהה ל-①).כאן גם יווצר שדה מגנטי סינטטי עם זווית של 90 מעלות ביחס לשדה המגנטי של המגנט הקבוע ויסובב עם כיוון השעון.④～⑥ סובב באותו אופן כמו ① ~ ③.בדרך זו, אם הזרם הזורם לתוך הסליל משתנה ברציפות בהתאם למיקום המגנט הקבוע, המגנט הקבוע יסתובב בכיוון קבוע.באופן דומה, אם הזרם זורם בכיוון ההפוך והשדה המגנטי הסינטטי מתהפך, הוא יסתובב נגד כיוון השעון.האיור הבא מציג את הזרם של כל סליל בכל שלב מ-① עד ⑥.דרך ההקדמה לעיל, עלינו להיות מסוגלים להבין את הקשר בין שינוי נוכחי וסיבוב.מנוע צעד הוא סוג של מנוע שיכול לשלוט על זווית הסיבוב והמהירות באופן סינכרוני ומדויק עם אות דופק.מנוע צעד נקרא גם "מנוע דופק".מנוע צעדים נמצא בשימוש נרחב בציוד הזקוק למיקום מכיוון שהוא יכול לממש מיקום מדויק רק באמצעות בקרת לולאה פתוחה ללא שימוש בחיישן מיקום.מבנה מנוע צעד (דו-פאזי דו-פאזי) בדוגמאות המראה, מופעים של מנועי הצעד HB (היברידיים) ו-PM (מגנט קבוע).תרשים המבנה באמצע מציג גם את המבנה של HB ו-PM.מנוע צעד הוא מבנה עם סליל קבוע ומגנט קבוע מסתובב.הדיאגרמה הרעיונית של המבנה הפנימי של מנוע הצעד מימין הוא דוגמה למנוע PM המשתמש בסלילים דו-פאזיים (שתי קבוצות).בדוגמה של המבנה הבסיסי של מנוע צעד, הסליל מסודר מבחוץ והמגנט הקבוע מסודר מבפנים.בנוסף לשני פאזות, ישנם סוגים רבים של סלילים עם שלושה פאזות וחמישה פאזות שווים.לכמה מנועי צעד יש מבנים שונים אחרים, אך על מנת להציג את עקרונות העבודה שלהם, מאמר זה נותן את המבנה הבסיסי של מנועי צעד.באמצעות מאמר זה, אני מקווה להבין שמנוע הצעדים מאמץ בעצם את המבנה של קיבוע סליל וסיבוב מגנט קבוע.עקרון העבודה הבסיסי של מנוע צעד (עירור חד-פאזי) השימוש הבא כדי להציג את עקרון העבודה הבסיסי של מנוע צעד.① זרם זורם מהצד השמאלי של סליל 1 ויוצא מהצד הימני של סליל 1. אל תאפשר לזרם לזרום דרך סליל 2. בשלב זה, החלק הפנימי של סליל 1 הופך ל-N, והחלק הפנימי של הסליל הימני 1 הופך ל-S.. לכן, המגנט הקבוע האמצעי נמשך על ידי השדה המגנטי של סליל 1, ועוצר במצב של צד שמאל S וצד ימין N.. ② עצור את הזרם בסליל 1, כך שהזרם זורם מהצד העליון של סליל 2 ויוצא מהצד התחתון של סליל 2. הצד הפנימי של סליל 2 העליון הופך ל-N והצד הפנימי של סליל 2 התחתון הופך ל-S.. המגנט הקבוע נמשך על ידי השדה המגנטי שלו ומפסיק להסתובב 90 בכיוון השעון.③ עצור את הזרם בסליל 2, כך שהזרם יזרום מהצד הימני של סליל 1 ויזרום החוצה מהצד השמאלי של סליל 1. החלק הפנימי של סליל 1 השמאלי הופך ל-S, והחלק הפנימי של סליל 1. הופך ל-N.. המגנט הקבוע נמשך על ידי השדה המגנטי שלו, ומסתובב עם כיוון השעון עוד 90 מעלות כדי לעצור.④ עצור את הזרם בסליל 1, כך שהזרם יזרום מהצד התחתון של סליל 2 ויזרום החוצה מהצד העליון של סליל 2. החלק הפנימי של הסליל העליון 2 הופך ל-S, והחלק הפנימי של הסליל. סליל תחתון 2 הופך ל-N.. המגנט הקבוע נמשך על ידי השדה המגנטי שלו, ומסתובב עם כיוון השעון עוד 90 מעלות כדי לעצור.ניתן לסובב את מנוע הצעד על ידי החלפת הזרם הזורם דרך הסליל בסדר לעיל מ-① ל-④ דרך המעגל האלקטרוני.בדוגמה זו, כל פעולת מתג תסובב את מנוע הצעד ב-90. בנוסף, כאשר הזרם זורם ברציפות דרך סליל מסוים, הוא יכול לשמור על מצב העצירה ולגרום למנוע הצעדים לקבל את מומנט ההחזקה.אגב, אם הזרם הזורם דרך הסליל מתהפך, ניתן לסובב את מנוע הצעד בכיוון ההפוך.