2) Нақты айналмалы қозғалтқыш

Мұнда айналмалы электр машиналарының практикалық әдісі ретінде үш фазалы айнымалы ток пен катушкалар арқылы айналмалы магнит өрісін алу әдісі енгізілген.
(Үш фазалы айнымалы ток - фазалық интервалы 120° болатын айнымалы ток сигналы)

• Жоғарыдағы ① күйдегі синтетикалық магнит өрісі келесі суретке ① сәйкес келеді.
• Жоғарыдағы ② күйіндегі синтетикалық магнит өрісі төмендегі суреттегі ② сәйкес келеді.
• Жоғарыдағы ③ күйдегі синтетикалық магнит өрісі келесі суретке ③ сәйкес келеді.

Жоғарыда сипатталғандай, өзекке оралған катушкалар үш фазаға бөлінеді, ал U-фазалық катушкалар, V-фазалық катушкалар және W-фазалық катушкалар 120 ° аралықпен орналасады.Жоғары кернеулі катушкалар N полюсті, ал төмен кернеулі катушкалар S полюсті тудырады.
Әрбір фаза синус толқыны ретінде өзгеретіндіктен, әрбір катушкалар тудыратын полярлық (N полюсі, S полюсі) және оның магнит өрісі (магниттік күш) өзгереді.
Осы уақытта N полюсін тудыратын орамға қарап, U-фазалы катушка→V-фазалы катушка→W-фазалы катушка→U-фазалы катушкаға сәйкес ретін өзгертіңіз, осылайша айналады.

Шағын қозғалтқыштың құрылымы

Төмендегі суретте үш қозғалтқыштың жалпы құрылымы мен салыстырылуы көрсетілген: қадамдық қозғалтқыш, щеткалы тұрақты ток (тұрақты ток) қозғалтқышы және щеткасыз тұрақты ток (тұрақты ток) қозғалтқышы.Бұл қозғалтқыштардың негізгі компоненттері негізінен катушкалар, магниттер және роторлар болып табылады.Сонымен қатар, әртүрлі түрлеріне байланысты олар катушкалар бекітілген түрге және магнитті тұрақты түрге бөлінеді.

Төменде мысал диаграммасымен байланысты құрылымның сипаттамасы берілген.Неғұрлым түйіршікті негізде басқа құрылымдар болуы мүмкін болғандықтан, осы мақалада сипатталған құрылым үлкен шеңберде екенін түсініңіз.

Мұнда сатылы қозғалтқыштың орамы сыртынан бекітіледі, ал магнит ішкі жағынан айналады.

Мұнда щеткалы тұрақты ток қозғалтқышының магниттері сыртқы жағынан бекітіледі, ал катушкалар ішкі жағынан айналады.Қылшықтар мен коммутатор орамға қуат беруге және ток бағытын өзгертуге жауап береді.

Мұнда щеткасыз қозғалтқыштың орамы сыртқы жағынан бекітіледі, ал магнит ішкі жағынан айналады.

Қозғалтқыштардың әртүрлі түрлеріне байланысты, негізгі компоненттер бірдей болса да, құрылымы әртүрлі.Ерекшеліктер әр бөлімде егжей-тегжейлі түсіндіріледі.

щеткалы мотор

Қылшықты қозғалтқыштың құрылымы

Төменде модельдерде жиі қолданылатын щеткалы тұрақты ток қозғалтқышы, сондай-ақ жалпы екі полюсті (2 магнит) үш ұялы (3 катушка) типті қозғалтқыштың жарылған схемасы көрсетілген.Мүмкін, көптеген адамдар қозғалтқышты бөлшектеу және магнитті алу тәжірибесі бар.

Шөткеленген тұрақты ток қозғалтқышының тұрақты магниттері бекітілгенін және щеткалы тұрақты ток қозғалтқышының катушкалары ішкі орталықтың айналасында айнала алатынын көруге болады.Қозғалмайтын жағы «статор», ал айналмалы жағы «ротор» деп аталады.

Төменде құрылым тұжырымдамасын білдіретін құрылымның схемалық диаграммасы берілген.

Айналмалы орталық осьтің шеткі бөлігінде үш коммутатор (токты ауыстыру үшін майысқан металл парақтар) бар.Бір-бірімен жанасуды болдырмау үшін коммутаторлар 120° (360°÷3 дана) аралықта орналасады.Білік айналу кезінде коммутатор айналады.

Бір коммутатор орамның бір ұшымен және екінші катушка ұшымен жалғанған, ал үш коммутатор мен үш катушкалар тізбек желісі ретінде тұтас (сақина) құрайды.

Коммутатормен жанасу үшін екі щетка 0° және 180° бұрышта бекітілген.Сыртқы тұрақты ток көзі щеткаға қосылған, ал ток щетка → коммутатор → катушка → щетка жолына сәйкес ағады.

Қылшықты қозғалтқыштың айналу принципі

① Бастапқы күйден сағат тіліне қарсы бұраңыз

А катушкасы жоғарыда, қуат көзін щеткаға қосыңыз, сол жағы (+) және оң жағы (-) болсын.Үлкен ток сол жақ щеткадан коммутатор арқылы А орамына өтеді.Бұл A катушкасының жоғарғы бөлігі (сыртқы жағы) S полюсіне айналатын құрылым.

А катушкасының ток күшінің 1/2 бөлігі сол жақ щеткадан В орамына және С катушкасынан А катушкасына қарама-қарсы бағытта ағып жатқандықтан, В катушкасының және С катушкасының сыртқы жақтары әлсіз N полюске айналады (суретте сәл кішірек әріптермен белгіленген). сурет).

Осы катушкаларда жасалған магнит өрістері және магниттердің итеруші және тартымды әсерлері катушкаларды сағат тіліне қарсы айналмалы күшке бағындырады.

② Әрі қарай сағат тіліне қарсы бұраңыз

Әрі қарай, оң жақ щетка А орамасы сағат тіліне қарсы 30° бұрылатын күйде екі коммутатормен байланыста болады деп болжанады.

А катушкасының тогы сол жақ щеткадан оң жақ щеткаға қарай ағуды жалғастырады, ал орамның сыртқы жағы S полюсін сақтайды.

А катушкасы сияқты ток В катушкасы арқылы өтеді, ал В катушкасының сырты күштірек N полюске айналады.

С катушкасының екі ұшы щеткалар арқылы қысқа тұйықталғандықтан, ток өтпейді және магнит өрісі пайда болмайды.

Бұл жағдайда да сағат тіліне қарсы айналу күші пайда болады.

③-ден ④-ге дейін жоғарғы катушкалар солға күш қабылдауды жалғастырады, ал төменгі катушкалар оңға күш қабылдауды жалғастырады және сағат тіліне қарсы айналуды жалғастырады.

Орам 30° сайын ③ және ④ бұрылғанда, орам орталық көлденең осьтен жоғары орналасқанда, катушканың сыртқы жағы S полюсіне айналады;катушка төменде орналасқанда, ол N полюске айналады және бұл қозғалыс қайталанады.

Басқаша айтқанда, жоғарғы катушка бірнеше рет солға, ал төменгі катушкалар оңға (екеуі де сағат тіліне қарсы бағытта) қайта-қайта мәжбүрленеді.Бұл ротордың үнемі сағат тіліне қарсы айналуын қамтамасыз етеді.

Қуатты қарама-қарсы солға (-) және оңға (+) щеткаларға қоссаңыз, катушкаларда қарама-қарсы магнит өрістері пайда болады, сондықтан катушкаларға қолданылатын күш те сағат тілімен бұрылып, қарама-қарсы бағытта болады.

Сонымен қатар, қуат өшірілгенде, щеткалы қозғалтқыштың роторы айналуды тоқтатады, себебі оның айналуын қамтамасыз ететін магнит өрісі жоқ.

Үш фазалы толық толқынды щеткасыз қозғалтқыш

Үш фазалы толық толқынды щеткасыз қозғалтқыштың сыртқы түрі мен құрылымы

Төмендегі суретте щеткасыз қозғалтқыштың сыртқы түрі мен құрылымының мысалы көрсетілген.

Сол жақта оптикалық дискіні ойнату құрылғысында оптикалық дискіні айналдыру үшін қолданылатын шпиндель қозғалтқышының мысалы берілген.Барлығы үш фазалы × 3 барлығы 9 катушкалар.Оң жақта FDD құрылғысына арналған шпиндель қозғалтқышының мысалы, жалпы саны 12 катушкалар (үш фазалы × 4).Катушка схемалық тақтаға бекітіліп, темір өзекке оралған.

Орамның оң жағындағы диск тәрізді бөлік тұрақты магнит роторы болып табылады.Шеткі тұрақты магнит, ротордың білігі орамның орталық бөлігіне кіргізіліп, катушка бөлігін жабады, ал тұрақты магнит катушканың шеткі бөлігін қоршайды.

Үш фазалы толық толқынды щеткасыз қозғалтқыштың ішкі құрылымының схемасы және катушкаларды қосу эквивалентті тізбегі

Әрі қарай ішкі құрылымның схемалық диаграммасы және катушка қосылымының эквивалентті тізбегінің схемалық диаграммасы.

Бұл ішкі диаграмма өте қарапайым 2 полюсті (2 магнит) 3 ұялы (3 катушка) қозғалтқыштың мысалы болып табылады.Бұл полюстер мен слоттардың саны бірдей щеткалы қозғалтқыш құрылымына ұқсайды, бірақ катушкалар жағы бекітілген және магниттер айнала алады.Әрине, щеткалар жоқ.

Бұл жағдайда катушканы токпен қамтамасыз ету үшін жартылай өткізгіш элементті пайдаланып, катушка Y-қосылған, ал токтың түсуі мен шығуы айналмалы магниттің орнына сәйкес басқарылады.Бұл мысалда магниттің орнын анықтау үшін Холл элементі пайдаланылады.Холл элементі катушкалар арасында орналасады және генерацияланған кернеу магнит өрісінің күші негізінде анықталады және позиция туралы ақпарат ретінде пайдаланылады.Бұрын берілген FDD шпиндель қозғалтқышының суретінде катушкалар мен катушкалар арасындағы позицияны анықтауға арналған Холл элементінің (ораманың үстінде) бар екенін көруге болады.

Холл элементтері белгілі магниттік сенсорлар болып табылады.Магнит өрісінің шамасын кернеу шамасына айналдыруға болады, ал магнит өрісінің бағытын оң немесе теріс түрінде көрсетуге болады.Төменде Холл әсерін көрсететін схемалық диаграмма берілген.

Холл элементтері құбылысты пайдаланады, бұл «ток болған кезде I_{H жартылай өткізгіш арқылы өтеді және магнит ағыны B токқа тік бұрышта өтеді, кернеу V.H}ток пен магнит өрісіне перпендикуляр бағытта туындайды«, американдық физик Эдвин Герберт Холл (Эдвин Герберт Холл) бұл құбылысты ашты және оны «Холл эффектісі» деп атады.Алынған кернеу V_Hкелесі формуламен өрнектеледі.

В_H= (Қ_H/ г)・I_H・B ※K_H: Холл коэффициенті, d: магнит ағынының ену бетінің қалыңдығы

Формула көрсеткендей, ток неғұрлым жоғары болса, соғұрлым кернеу жоғары болады.Бұл мүмкіндік жиі ротордың (магниттің) орнын анықтау үшін қолданылады.

Үш фазалы толық толқынды щеткасыз қозғалтқыштың айналу принципі

Қылқаламсыз қозғалтқыштың айналу принципі келесі ① - ⑥ қадамдарында түсіндіріледі.Оңай түсіну үшін мұнда тұрақты магниттер шеңберлерден тіктөртбұрыштарға дейін жеңілдетілген.

①

Үш фазалы катушкалардың ішінде орам 1 сағаттың 12 бағытына, 2 катушка сағаттың 4 бағытына, ал 3 катушка сағаттың 4 бағытына бекітілген деп есептеледі. сағаттың 8 бағыты.2 полюсті тұрақты магниттің N полюсі сол жақта, S полюсі оң жақта болсын және оны айналдыруға болады.

Орамның сыртында S-полюсті магнит өрісін тудыру үшін 1-ші катушкаға Io ток жіберіледі.Io/2 тогы катушкадан тыс N-полюсті магнит өрісін генерациялау үшін 2-орамнан және 3-орамнан ағу үшін жасалады.

2-ші катушкалар мен 3-ші катушкалардың магнит өрістері векторланғанда төмен қарай N-полюсті магнит өрісі пайда болады, ол ток Io бір катушка арқылы өткенде пайда болатын магнит өрісінің өлшемінен 0,5 есе, ал қосқанда 1,5 есе үлкен болады. катушканың магнит өрісіне 1.Бұл тұрақты магнитке 90 ° бұрышта нәтижелі магнит өрісін жасайды, осылайша максималды айналдыру моментін жасауға болады, тұрақты магнит сағат тілімен айналады.

2-ораманың тогы азайған кезде және 3-ші катушканың тогы айналу жағдайына сәйкес артқанда, нәтижесінде пайда болатын магнит өрісі де сағат тілімен айналады және тұрақты магнит те айналуды жалғастырады.

②

30°-қа айналдырылған күйде ток Io катушкаға 1 құяды, катушкадағы 2 ток нөлге тең болады, ал ток Io катушкадан 3 шығады.

Орамның 1 сырты S полюсіне, ал 3-ші орамның сырты N полюсіне айналады.Векторларды біріктіргенде, алынған магнит өрісі тоқ Io катушка арқылы өткенде пайда болатын магнит өрісінен √3 (≈1,72) есе көп болады.Бұл сондай-ақ тұрақты магниттің магнит өрісіне 90° бұрыш жасайтын нәтижелі магнит өрісін тудырады және сағат тілімен айналады.

1 катушкасының кіріс тогы Io айналу жағдайына сәйкес азайған кезде, катушканың 2 кіріс тогы нөлден артады, ал катушканың 3 шығыс тогы Io дейін өседі, нәтижесінде пайда болатын магнит өрісі де сағат тілімен айналады, және тұрақты магнит те айналуды жалғастырады.

※Әрбір фазалық ток синусоидалы толқын пішіні деп есептесек, мұндағы ток мәні Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Магнит өрісінің векторлық синтезі арқылы магнит өрісінің жалпы өлшемі ( √) түрінде алынады. 3⁄2)²× 2=1,5 есе.Әрбір фазалық ток синус толқыны болса, тұрақты магниттің орнына қарамастан, векторлық құрама магнит өрісінің шамасы катушкалар тудыратын магнит өрісінен 1,5 есе көп, ал магнит өрісі салыстырмалы түрде 90 ° бұрышта болады. тұрақты магниттің магнит өрісіне.

③

30°-қа айналуды жалғастыру жағдайында ток Io/2 катушкаға 1 , ток Io/2 катушкаға 2 , ал ток Io катушкадан 3 шығады.

Орамның 1 сырты S полюсіне, 2-ның сырты да S полюсіне, ал 3-ші орамның сырты N полюсіне айналады.Векторларды біріктіргенде, алынған магнит өрісі катушка арқылы Io ток өткен кезде пайда болатын магнит өрісінен 1,5 есе көп болады (① сияқты).Мұнда да тұрақты магниттің магнит өрісіне қатысты 90° бұрышта нәтижелі магнит өрісі пайда болады және сағат тілімен айналады.

④～⑥

① - ③ сияқты бұраңыз.

Осылайша, егер орамға түсетін ток тұрақты магниттің орнына сәйкес ретімен үздіксіз ауыстырылса, тұрақты магнит бекітілген бағытта айналады.Сол сияқты, егер сіз ток ағынын өзгертсеңіз және нәтижелі магнит өрісін өзгертсеңіз, ол сағат тіліне қарсы айналады.

Төмендегі суретте жоғарыдағы ① - ⑥ әр қадамдағы әрбір катушканың тогы үздіксіз көрсетіледі.Жоғарыдағы кіріспе арқылы ағымдағы өзгеріс пен айналу арасындағы байланысты түсінуге болады.

қадамдық қозғалтқыш

Қадамдық қозғалтқыш - импульстік сигналмен синхрондау кезінде айналу бұрышы мен жылдамдығын дәл басқара алатын қозғалтқыш.Қадамдық қозғалтқыш «импульстік қозғалтқыш» деп те аталады.Қадамдық қозғалтқыштар позициялық датчиктерді қолданбай-ақ ашық циклді басқару арқылы ғана дәл позициялауға қол жеткізе алатындықтан, олар орналастыруды қажет ететін жабдықта кеңінен қолданылады.

Қадамдық қозғалтқыштың құрылымы (екі фазалы биполярлы)

Төмендегі суреттер солдан оңға қарай қадамдық қозғалтқыштың пайда болуының мысалы, ішкі құрылымның схемалық диаграммасы және құрылым тұжырымдамасының схемалық диаграммасы болып табылады.

Сыртқы көрініс мысалында HB (гибридті) типті және PM (тұрақты магнит) типті қадамдық қозғалтқыштың сыртқы түрі келтірілген.Ортадағы құрылым диаграммасы сонымен қатар HB типінің және PM типінің құрылымын көрсетеді.

Қадамдық қозғалтқыш - бұл катушка бекітілген және тұрақты магнит айналатын құрылым.Оң жақтағы қадамдық қозғалтқыштың ішкі құрылымының тұжырымдамалық диаграммасы екі фазалы (екі жиынтық) катушкаларды пайдаланатын PM қозғалтқышының мысалы болып табылады.Қадамдық қозғалтқыштың негізгі құрылымының мысалында катушкалар сыртында, ал тұрақты магниттер ішкі жағында орналасқан.Екі фазалы катушкалардан басқа фазалары көп үш фазалы және бес фазалы түрлері бар.

Кейбір қадамдық қозғалтқыштардың басқа да әртүрлі құрылымдары бар, бірақ оның жұмыс принципін енгізуді жеңілдету үшін осы мақалада қадамдық қозғалтқыштың негізгі құрылымы берілген.Осы мақала арқылы мен қадамдық қозғалтқыш негізінен бекітілген катушкалар мен айналмалы тұрақты магниттің құрылымын қабылдайтынын түсінемін деп үміттенемін.

Қадамдық қозғалтқыштың негізгі жұмыс принципі (бір фазалы қоздыру)

Келесі сурет қадамдық қозғалтқыштың негізгі жұмыс принципін енгізу үшін пайдаланылады.Бұл жоғарыдағы екі фазалы биполярлы катушканың әрбір фазасы (орамдар жинағы) үшін қоздырудың мысалы.Бұл диаграмманың алғышарты күйдің ①-ден ④-ге өзгеруі болып табылады.Орам тиісінше 1-ші және 2-орамнан тұрады.Сонымен қатар, ағымдағы көрсеткілер ағымдағы ағынның бағытын көрсетеді.

①

• Ток катушканың 1 сол жағынан еніп, орамның 1 оң жағынан шығады.
• 2-ші катушка арқылы токтың өтуіне жол бермеңіз.
• Бұл кезде сол орамның 1 ішкі жағы N, ал оң орамның 1 ішкі жағы S болады.
• Демек, ортадағы тұрақты магнит орамның магнит өрісімен 1 тартылып, сол жақ S және оң N күйіне айналады және тоқтайды.

  ②

• Орамның 1 тогы тоқтатылады, ал ток катушканың 2 үстіңгі жағынан кіріп, катушканың 2 төменгі жағынан шығады.
• Жоғарғы катушканың 2 ішкі жағы N-ге, ал төменгі катушканың 2 ішкі жағы S-ке айналады.
• Тұрақты магнит өзінің магнит өрісімен тартылып, сағат тілімен 90° айналу арқылы тоқтайды.

  ③

• Орамның 2 тогы тоқтатылады, ал ток орамның 1 оң жағынан еніп, 1 катушкасының сол жағынан шығады.
• Сол орамның 1 ішкі жағы S-ке, ал оң орамның 1 ішкі жағы N-ге айналады.
• Тұрақты магнит өзінің магнит өрісімен тартылады және сағат тілімен тағы 90° бұрылу арқылы тоқтайды.

  ④

• Орамның 1 тогы тоқтатылады, ал ток катушканың 2 төменгі жағынан еніп, катушканың 2 жоғарғы жағынан шығады.
• Жоғарғы орамның 2 ішкі жағы S, ал төменгі орамның 2 ішкі жағы N болады.
• Тұрақты магнит өзінің магнит өрісімен тартылады және сағат тілімен тағы 90° бұрылу арқылы тоқтайды.