Sähkömoottori koostuu roottorista, joka on sijoitettu pyörivän magneettikentän sisään. Tämän pyörivän magneettikentän vaikutuksesta roottori saa pyörimismomentin, jolloin se kääntyy. Asynkroniset moottorit toimivat laajalla tehoalueella muutamasta watista kymmeniin tuhansiin kilowatteihin ja tarjoavat tehoa erilaisille mekaanisille laitteille ja kodinkoneille.
Sähkömoottori (jota kutsutaan yleisesti "moottoriksi") on sähkömagneettinen laite, joka muuntaa tai siirtää sähköenergiaa sähkömagneettisen induktion periaatteen perusteella. Sen ensisijainen tehtävä on tuottaa vääntömomenttia, joka toimii sähkölaitteiden tai erilaisten mekaanisten laitteiden virtalähteenä.
Generaattorin ensisijainen tehtävä on muuntaa sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi.
Sähkömoottori koostuu pääasiassa sähkömagneettikäämistä tai hajautetuista staattorikäämeistä magneettikentän tuottamiseksi, pyörivästä ankkurista tai roottorista ja muista lisälaitteista. Staattorikäämien tuottaman pyörivän magneettikentän vaikutuksen alaisena virta kulkee ankkurin oravan -alumiinirungon läpi. Tämä virta on vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa, mikä saa ankkurin pyörimään.
Staattori (kiinteä osa) Staattorisydän: Moottorin magneettipiirin komponentti, johon staattorin käämit on asennettu; Staattorin käämit: Moottorin sähköinen piiri, jonka läpi kolmivaiheinen vaihtovirta kulkee{0}} pyörivän magneettikentän muodostamiseksi. Runko: Kiinnittää staattorin ytimen ja etu-/takapään kannet tukemaan roottoria samalla kun ne tarjoavat suojaa, lämmönpoistoa ja muita toimintoja;
Roottori (pyörivä osa)
Roottorin ydin: toimii osana moottorin magneettista piiriä ja pitää roottorin käämit paikoissaan;
Roottorin käämit: Leikkaa staattorin pyörivän magneettikentän läpi indusoituneen sähkömotorisen voiman ja virran muodostamiseksi, mikä tuottaa sähkömagneettista vääntömomenttia, joka ohjaa moottorin pyörimistä;
【Moottoriperiaate-animaatio】
Kestomagneettimoottori ▼
DC-moottori ▼
Kvanttimagneettinen moottori ▼
Yksivaiheinen{0}}oikosulkumoottori ▼
Askelmoottorien toimintaperiaate ▼
Tasapainotusmoottori ▼
Sähkövirran tuottamisen periaate ▼
Kolmi-vaiheinen staattori ▼
Moottorin poikki-leikkaus ▼
Sähkömoottori ▼
DC-moottorit▼
Erot vaihtuvataajuisten moottoreiden ja perinteisten moottoreiden korjauksen välillä
Vaihtuvataajuisten moottoreiden korjausmenetelmät ovat pohjimmiltaan samat kuin tavanomaisten moottoreiden. Vaihtuvataajuisten teholähteiden ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi eristysvaatimukset ovat kuitenkin taajuusmuuttajamoottorien käämityksiä tiukemmat kuin perinteisille moottoreille. Eristysolosuhteiden parantamiseksi on toteutettava seuraavat toimenpiteet:
1. Valitse sähkömagneettinen johto, jolla on erinomainen koronavastus, jotta se täyttää moottorin vaatimukset korkeataajuisten pulssien ja osittaisen purkauksen kestämiseksi.
Tyypillisesti käytetään polyesteri-/polyamidi-imidi-komposiitti-emaloitua lankaa tai korona{0}}kestävää sähkömagneettista lankaa.
2. Käämitys- ja raon rakennustekniikat.
Tiukka hallinta on välttämätöntä muuttuvataajuisten moottoreiden käämitys-, rako- ja sidontaprosessien aikana. Erityistä huomiota on kiinnitettävä johtimien vaurioitumisen estämiseen käämityksen ja raon asettamisen aikana. Raon asettamisen on varmistettava raon eristyksen, vaiheeristyksen ja kerros---eristyksen oikea sijoitus. Vaiheeristyksessä tulee käyttää materiaaleja, jotka läpäisevät helposti eristyslakan. Kelan päät on vahvistettava sidoksella ja kiinnityksellä, jotta ne muodostavat kiinteän kokonaisuuden.
Eristyksen vahvistaminen moottorin raon pohjassa, vaiheiden välissä, kerrosten välissä ja kelan alku- ja loppukierroksissa parantaa moottorin dielektristä lujuutta.
3. Pääeristyksessä on käytettävä rakotonta-eristystä.
Vaihtuvataajuisten moottoreiden eristysrakenteessa olevat ilmaraot ovat koronapurkauksen ensisijainen syy. Ilmarakojen puuttumisen varmistamiseksi yleisessä eristysrakenteessa kansallisen standardin GB/TZ1707-2008 "Kolmi--vaiheen asynkronimoottoreiden eristysvaatimukset vaihtelevalla taajuudella ohjaaville moottoreille" mukaan käytettävä kyllästyslakka ei saa olla alle F--prosessin lakkaa ja haihtumatonta pitoisuutta 0 %, liuotinta 0 %. täytyy olla työllistetty. Tämä prosessi parantaa myös eristerakenteen yleistä mekaanista lujuutta.
4. Varmista, että invertteri, kaapelit ja moottori sopivat oikein ja rajoita kaapeleiden pituutta moottorin ja virtalähteen välillä.
Voimalinjojen impedanssieroista johtuen ylijänniteamplitudi moottorin päässä kasvaa invertterin ja moottorin välisten kaapeleiden pituuden myötä, mikä voi aiheuttaa helposti osittaista purkausta. Siksi taajuusmuuttajan virransyötön erityisominaisuuksien ja todellisten vaatimusten perusteella liitäntäkaapelin pituus tulisi minimoida niin paljon kuin mahdollista ylijänniteamplitudin pienentämiseksi moottorin päässä ja osittaisen purkauksen määrän vähentämiseksi, mikä pidentää moottorin käyttöikää. Vaihtuvataajuisten moottoreiden tehokaapeleissa käytetään yleensä erikoiskaapeleita, jotka tunnetaan myös symmetrisinä johtimina vaihtuvina taajuuksina kaapeleina, jotka kuuluvat 3P+3N/E-sarjaan. Tämä tarkoittaa, että alkuperäinen 3+1-konfiguraatio jakaa yhden nollajohtimen kolmeen erilliseen johtimeen.
Askelmoottori
Kuva 1.1 havainnollistaa kaksivaiheisen askelmoottorin toimintaperiaatetta, jossa on kaksi käämiä. Kun yksi käämi saa jännitteen, sen staattorinapa muodostaa magneettikentän, joka houkuttelee roottorin kohdistamaan tämän navan. Jos käämit saavat jännitteen peräkkäin ohjauspulssien alaisena -kiertelemällä tilojen A`A→B`B→`AA→`BB-, moottori pyörii myötäpäivään. Kun moottori on kytkettynä järjestyksessä A`A→`BB→`AA→B`B, moottori pyörii vastapäivään. Jokainen ohjauspulssi muuttaa virransyöttösuuntaa, jolloin moottori liikkuu yhden askeleen (90 astetta). Neljä pulssia täydentää yhden täyden kierroksen. Korkeampi pulssitaajuus johtaa moottorin nopeampaan pyörimiseen.
Askelmoottorin ulostulomomentti on verrannollinen moottorin teholliseen tilavuuteen, kelan kierroksiin, magneettivuon ja virtaan. Siksi suurempi tehollinen tilavuus, enemmän kelan kierroksia ja pienempi ilmarako staattorin ja roottorin välillä johtavat suurempaan vääntömomenttiin ja päinvastoin.
Kuva. 2 Askelmoottorin mekanismin rakennekaavio
Askelmoottorin rakenne koostuu roottorista (roottorisydän, kestomagneetti, akseli, kuulalaakerit), staattori (käämit, staattorisydän) sekä etu- ja takapäädyt. Tyypillisin kaksivaiheinen hybridi-askelmoottori sisältää staattorin, jossa on 8 suurta hammasta ja 40 pientä hammasta, kun taas roottorissa on 50 pientä hammasta. Kolmivaiheisen moottorin staattorissa on 9 suurta hammasta ja 45 pientä hammasta, ja roottorissa on myös 50 pientä hammasta.
Askelmoottorin vaiheluku viittaa kelaryhmien määrään moottorissa. Yleisesti käytettyjä tyyppejä ovat kaksi--, kolmi--, neli-- ja viisi--vaiheiset askelmoottorit. Eri vaihelaskurit johtavat erilaisiin askelkulmiin: tyypillisesti kaksi-vaihemoottoreiden askelkulmat ovat 0,9 astetta /1,8 astetta, kolmivaiheisten moottorien askelkulmat ovat 0,75 astetta /1,5 astetta ja viiden{12}}vaihemoottorin askelkulmat ovat 0,36 astetta /0,72 astetta. Ilman mikroaskelohjainta käyttäjät valitsevat ensisijaisesti askelmoottoreita, joilla on eri vaihemäärät, jotta ne täyttävät vaadittavat askelkulman vaatimukset. Microstepping-ohjainta käytettäessä "vaiheen määrä" on merkityksetön; käyttäjät voivat yksinkertaisesti säätää kuljettajan mikroaskelresoluutiota askelkulman muuttamiseksi.
Olipa kyseessä kaksi-neli-johtiminen, neljä-vaihe viisi-johdin tai neli-vaihe kuusi-johtimista, sisäinen rakenne pysyy yhtenäisenä. Ero neljän-johtimisen, viiden-johtimisen tai kuuden-johtimisen välillä riippuu siitä, jakavatko A- ja ~A-parit vai B- ja B~-parit yhteisen COM-liitännän. Jos sekä A- että B-ryhmällä on omat COM-liitännät, moottorissa on kuusi{11}}johtimista. Jos A:n ja B:n yhteiset liittimet on kytketty yhteen, se on viisi{13}}johtimista.
Siksi askelmoottorin johdotuskokoonpanon määrittämiseksi yksinkertaisesti erottele A- ja B-ryhmät ja testaa ne yleismittarilla.
Neljä{0}}johtoa:Koska nelijohdinkokoonpanossa ei ole yhteistä (COM) johtoa, A- ja B-ryhmät ovat täysin eristettyjä eivätkä -johtaneet toisiaan. Näin ollen, kun testataan yleismittarilla, yksi ryhmä ei näytä jatkuvuutta.
Viisi{0}}johtoa:Viisijohtimisessa{0}}A- ja B-ryhmän yhteiset liittimet on kytketty yhteen. Kun testataan yleismittarilla, jos yhden johdon resistanssiarvo on samanlainen kuin muiden johtimien, tämä johto on yhteinen liitin. Jos käytät viisi-johtimista askelmoottoria, yhteinen liitin voidaan jättää kytkemättä ja moottori toimii edelleen.
Kuusi{0}}johtoa:A- ja B-ryhmien yhteisiä liittimiä ei ole kytketty. Vastaavasti, kun käytetään yleismittaria resistanssin mittaamiseen, jos yksi johto osoittaa samanlaista vastusta kuin kaksi muuta johdinta, tämä johto on com-liitin ja kaksi muuta johtoa muodostavat ryhmän. Neli-vaiheen kuusi--askelmoottoria käytettäessä moottoria voidaan käyttää myös ilman kahta yhteistä com-liitintä.
Askelmoottoriin liittyvät käsitteet:
Vaiheiden lukumäärä: virityskelaparien lukumäärä, jotka muodostavat erilaisia N- ja S-magneettinapoja. Yleisesti merkitty m:llä.
Pulssiluku:Pulssien tai johtavien tilojen lukumäärä, joka vaaditaan yhden magneettikentän jakson suorittamiseen, merkitty n:llä. Vaihtoehtoisesti se viittaa pulssien määrään, joka tarvitaan moottorin pyörittämiseen yhden nousukulman. Esimerkiksi nelivaiheisessa-moottorissa:
Askelkulma:Yhtä pulssisignaalia vastaava moottorin roottorin kulmasiirtymä, joka on merkitty θ:lla. θ=360 astetta / (roottorin hampaat J × toimintaiskuluku). Perinteisissä kaksi-- tai neli--vaihemoottoreissa, joissa on 50 roottorin hammasta: Nelivaiheisessa käytössä-askelkulma on θ=360 astetta /(50*4)=1.8 astetta (kutsutaan yleisesti täysaskelaksi). Kahdeksan-vaiheen toiminnassa askelkulma on θ=360 astetta /(50*8)=0.9 astetta (kutsutaan yleisesti puoliaskelta).
Pitomomentti:Moottorin roottorin luontainen lukitusmomentti jännitteettömänä{0}}(johtuu magneettikentän hammasprofiilin harmonisista ja mekaanisista virheistä).
Staattinen vääntömomentti:Moottorin akselin lukitusmomentti, kun moottori on nimellisstaattisen sähkövoiman alainen, mutta ei pyöri. Tämä vääntömomentti toimii vakiona moottorin koon (geometriset mitat) arvioinnissa ja on riippumaton käyttöjännitteestä tai virtalähteestä.
Askelmoottorin käyttö:Askelmoottorin käyttämiseen kuuluu olennaisesti jatkuvien pulssien vuorottelu moottorin A- ja B-ryhmiin, mikä mahdollistaa moottorin toiminnan.
Menetetty vaihe:Moottorin toiminnan aikana suoritettu todellinen askelmäärä ei vastaa teoreettista askelmäärää.
Esimerkki:Erot kaksi{0}}- ja viisivaiheisten-vaihemoottorien välillä
Askelmoottorit luokitellaan ensisijaisesti vaiheiden lukumäärän mukaan, ja kaksi{0}}- ja viisi-vaiheiset askelmoottorit ovat yleisimmin käytössä nykyisillä markkinoilla. Useimmat kaksi-vaihemoottoreista voidaan jakaa enintään 400 yhtä suureen portaan kierrosta kohden, kun taas viisi-vaihemoottoreita voidaan jakaa 1000 yhtä suureen portaan. Tämän seurauksena viisivaiheisilla{8}}askelmoottoreilla on erinomaiset suorituskykyominaisuudet, lyhyemmät kiihtyvyys-/hidastusajat ja pienempi dynaaminen inertia.
Kaksivaiheisen-- ja viisivaiheisen-vaihemoottorin erojen vertailu:
| Kaksivaiheinen{0}}askelmoottori | Viisi-vaiheinen askelmoottori | |
| Resoluutio | 1,8 astetta / 0,9 astetta (200, 400 mikroaskelta) | 0,72 astetta/0,36 astetta (500, 1000 mikroaskelmaa), 2,5 kertaa korkeampi kuin kaksivaiheisissa askelmoottoreissa |
| Tärinäominaisuudet | Matala-nopeusresonanssialue 100-200 PPS, merkittävä tärinä | Ei merkittäviä resonanssipisteitä, alhainen tärinä |
| Nopeus- ja vääntömomenttiominaisuudet | Pienempi nopeus | Suuri nopeus, suuri vääntömomentti |
1. Erot ohjaustarkkuudessa
Kaksi-vaiheisten hybridiaskelmoottoreiden askelkulmat ovat tyypillisesti 3,6 astetta tai 1,8 astetta, kun taas viiden-vaiheisen hybridiaskelmoottorin askelkulmat ovat yleensä 0,72 astetta tai 0,36 astetta. Jotkut tehokkaat-askelmoottorit tarjoavat jopa pienempiä askelkulmia. Esimerkiksi Sitong Companyn hitaisiin-langanleikkauskoneisiin valmistaman askelmoottorin askelkulma on 0,09 astetta. Saksalaisen Berger Lahrin valmistamien kolmivaiheisten hybridiaskelmoottoreiden askelkulmat voidaan asettaa DIP-kytkimillä 1,8 astetta, 0,9 astetta, 0,72 astetta, 0,36 astetta, 0,18 astetta, 0,09 astetta, 0,072 astetta tai 0,0-yhteensopivuutta. kaksi-vaiheinen ja viisi{22}}vaiheinen hybridiaskelmoottori askelkulmat.
AC-servomoottorien ohjaustarkkuus varmistetaan pyörivillä antureilla. Panasonicin täysin digitaaliset AC-servomoottorit esimerkkinä moottoreille, jotka on varustettu tavallisilla 2500-linjaisilla koodereilla, pulssiekvivalentti on 360 astetta/10000=0.036 astetta ohjaimen sisäisesti toteutetun kvadratuuritaajuuden muunnostekniikan ansiosta. 17-bittisellä kooderilla varustetuissa moottoreissa taajuusmuuttaja vastaanottaa 2¹⁷=131,072 pulssia per kierros, jolloin pulssin resoluutio on 360 astetta / 131 072 pulssia=0.002746 astetta pulssia kohti.
2. Erilaiset matalan-taajuuden ominaisuudet
Askelmoottorit ovat alttiita{0}}matalataajuiselle tärinälle hitailla nopeuksilla. Tärinätaajuus riippuu kuormitusolosuhteista ja kuljettajan suorituskyvystä, ja sen katsotaan yleensä olevan puolet moottorin tyhjäkäynnistystaajuudesta. Tämä matalataajuinen-värähtely, joka kuuluu askelmoottoreiden toimintaperiaatteeseen, on erittäin haitallista koneen normaalille toiminnalle. Kun askelmoottorit toimivat alhaisilla nopeuksilla, vaimennustekniikoita tulisi käyttää matalataajuisen-värähtelyn lieventämiseksi, kuten lisäämällä vaimentimia moottoriin tai käyttämällä mikroaskeltekniikkaa kuljettajassa.
AC-servomoottorit toimivat poikkeuksellisen tasaisesti, eivätkä ne aiheuta tärinää edes pienillä nopeuksilla. AC-servojärjestelmät sisältävät resonanssin vaimennusominaisuudet kompensoimaan mekaanisia jäykkyyspuutteita. Lisäksi järjestelmän sisäinen taajuusanalyysitoiminto (FFT) havaitsee mekaaniset resonanssipisteet, mikä helpottaa järjestelmän viritystä.
3. Erilaiset vääntömomentti-taajuusominaisuudet
Askelmoottoreiden ulostulomomentti pienenee nopeuden kasvaessa, ja se laskee jyrkästi suuremmilla nopeuksilla. Näin ollen niiden suurin käyttönopeus on tyypillisesti rajoitettu 300–600 rpm:iin. AC-servomoottorit tuottavat tasaisen vääntömomentin ja säilyttävät nimellisvääntömomentin nimellisnopeusalueella (yleensä 2000 tai 3000 rpm). Nimellisnopeuden yläpuolella ne siirtyvät vakioteholle.
4. Erilaiset ylikuormitusominaisuudet
Askelmoottoreilta puuttuu yleensä ylikuormituskyky. AC-servomoottoreilla on vahva ylikuormituskyky. Panasonicin AC-servojärjestelmästä esimerkkinä voidaan mainita sekä nopeuden ylikuormitus että vääntömomentin ylikuormituskyky. Sen suurin vääntömomentti saavuttaa kolme kertaa nimellisvääntömomentin, joten se voi voittaa inertiakuormien hitausmomentin käynnistyksen aikana. Askelmoottoreilta puuttuu tämä ylikuormituskyky. Inertiaalisen vääntömomentin voittamiseksi käynnistyksen aikana määrittelyssä valitaan usein suuremman momentin moottoreita. Tällainen suuri vääntömomentti on kuitenkin tarpeeton normaalin käytön aikana, mikä johtaa hukkaan vääntömomentin hukkaan.
5. Erilainen toiminnallinen suorituskyky
Askelmoottorit käyttävät avoimen-silmukan ohjausta. Liian suuret käynnistystaajuudet tai liialliset kuormat voivat aiheuttaa askelhäviön tai pysähtymisen. Liian suuret nopeudet pysähtymisen aikana voivat johtaa ylityksiin. Siksi säädön tarkkuuden varmistamiseksi kiihtyvyyttä ja hidastuvuutta on hallittava oikein. AC-servokäyttöjärjestelmät käyttävät suljetun -silmukan ohjausta. Kuljettaja ottaa suoraan näytteitä takaisinkytkentäsignaaleista moottorin kooderista muodostaen sisäiset sijainti- ja nopeussilmukat. Tämä rakenne yleensä välttää askelmoottoreissa yleiset askelhäviöt tai ylitysongelmat, mikä tarjoaa luotettavamman ohjauksen.
6. Erilainen nopeusvaste
Askelmoottori vaatii 200–400 millisekuntia kiihtyäkseen levosta toimintanopeuteen (yleensä useita satoja kierroksia minuutissa). AC-servojärjestelmillä on erinomainen kiihtyvyys. Esimerkiksi Panasonicin MSMA 400 W AC servomoottori kiihtyy levosta nimellisnopeuteen 3000 RPM vain muutamassa millisekunnissa, joten se sopii sovelluksiin, jotka vaativat nopean käynnistyksen{6}}pysäytysohjauksen.
Yhteenvetona voidaan todeta, että AC-servojärjestelmät ylittävät askelmoottoreiden suorituskyvyn useissa suoritusmuodoissa. Askelmoottoreita käytetään kuitenkin edelleen yleisesti toimilaitteina vähemmän vaativissa sovelluksissa. Siksi ohjausjärjestelmää suunniteltaessa sellaiset tekijät kuin ohjausvaatimukset ja kustannukset on arvioitava kattavasti oikean moottorin valitsemiseksi.