Nearly half of the world's power consumption is consumed by electric motors, so the high efficiency of electric motors is said to be the most effective measure in solving the world's energy problems.
Jenis dari motor listrik
Secara umum, ini mengacu pada transformasi gaya yang dihasilkan oleh aliran arus dalam medan magnet menjadi aksi putar, dan dalam jangkauan luas, ini juga mencakup aksi linier.
Tergantung pada jenis catu daya yang digunakan untuk menggerakkan motor, ada motor DC dan motor listrik AC.
Dan menurut prinsip putaran motor, secara kasar dapat dibagi ke dalam kategori berikut. (Kecuali untuk motor khusus)
Motor listrik DC / motor DC (arus searah).
Motor Disikat
Motor sikat yang banyak digunakan umumnya disebut motor listrik DC.
The electrodes connected to the "brush" (stator side) and the "commutator" (armature side)
The brushed motor is used to switch the current by making contact with the "commutator" (armature side) in turn to perform rotational action.
Motor DC tanpa sikat
Motor DC brushless tidak menggunakan sikat atau komutator, tetapi menggunakan fungsi switching seperti transistor untuk mengalihkan arus dan melakukan aksi rotasi.
Motor steper.
Motor ini bekerja secara sinkron dengan tenaga pulsa, oleh karena itu disebut juga motor induksi pulsa.
Hal ini ditandai dengan kemampuan untuk dengan mudah mencapai operasi pemosisian yang akurat.
motor AC
Motor asinkron
Daya AC menghasilkan medan magnet berputar di stator, yang pada gilirannya menghasilkan arus induksi di rotor, di mana putaran interaksinya terjadi untuk motor induksi ac.
motor sinkron
Daya AC menciptakan medan magnet yang berputar, dan rotor dengan kutub magnet berputar karena tarikan.
-Kecepatan rotasi untungnya disinkronkan dengan frekuensi catu daya.
Tentang arus, medan magnet dan gaya
First, for the sake of subsequent motor principle explanations, let's review the basic laws/laws regarding current, magnetic field and force.
Meskipun ada rasa nostalgia, pengetahuan ini mudah dilupakan jika Anda biasanya tidak menggunakan komponen magnet
Kami menggabungkan gambar dan rumus untuk diilustrasikan.
Ketika rangka kawat berbentuk persegi panjang, gaya yang bekerja pada arus diperhitungkan.
Gaya F yang bekerja pada bagian sisi a dan c adalah
Torsi dihasilkan dengan sumbu tengah sebagai sumbu tengah.
Misalnya, ketika mempertimbangkan keadaan di mana sudut rotasi hanya θ, gaya yang bekerja pada sudut siku-siku ke b dan d adalah sinθ, sehingga torsi Ta dari bagian a diberikan oleh:
Mempertimbangkan bagian c dengan cara yang sama, torsi digandakan dan menghasilkan torsi yang dihitung dengan persamaan berikut
Karena luas persegi panjang adalah S = h・l, mensubstitusikannya ke dalam persamaan di atas memberikan hasil sebagai berikut.
Rumusnya tidak hanya berlaku untuk persegi panjang, tetapi juga untuk bentuk umum lainnya seperti lingkaran. Motor memanfaatkan prinsip ini.
Bagaimana motor listrik berputar?
1) Motor induksi berputar dengan bantuan magnet dan gaya magnet
Di sekitar magnet permanen dengan poros berputar,
① magnet diputar (sehingga medan magnet berputar dihasilkan),
② kemudian sesuai dengan prinsip bahwa kutub N dan S saling menarik pada kutub yang berbeda dan saling tolak pada tingkat yang sama,
③ magnet dengan poros berputar akan berputar.
Ini adalah prinsip dasar putaran motor ac.
Arus yang mengalir dalam konduktor menyebabkan medan magnet berputar (gaya magnet) di sekitarnya dan dengan demikian magnet berputar, yang secara praktis merupakan keadaan aksi yang sama seperti ini.
Selain itu, ketika kawat dililit dalam bentuk kumparan, gaya magnet disintesis, menciptakan fluks (fluks) medan magnet besar yang menghasilkan kutub N dan S.
Selain itu, dengan memasukkan inti besi ke dalam kawat seperti kumparan, garis gaya magnet menjadi mudah untuk dilewati dan gaya magnet yang lebih kuat dapat dihasilkan.
2) Motor berputar yang sebenarnya
Di sini, sebagai metode praktis memutar motor, kami memperkenalkan metode membuat medan magnet berputar menggunakan motor AC tiga fasa dan kumparan.
(Motor industri AC tiga fase adalah sinyal AC yang terpisah 120° dalam fase)
Medan magnet sintetik pada keadaan ① di atas sesuai dengan gambar ① di bawah.
Medan magnet sintetik pada keadaan ② di atas sesuai dengan gambar ② di bawah ini.
Medan magnet sintetik pada keadaan ③ di atas sesuai dengan gambar ③ di bawah ini.
Seperti disebutkan di atas, gulungan inti gulungan dibagi menjadi tiga fase, dengan konfigurasi interval 120 ° dari gulungan fase-U, gulungan fase-V, dan gulungan fase-W, dengan kumparan dengan tegangan tinggi menghasilkan kutub-N dan koil dengan tegangan rendah menghasilkan S-kutub.
Setiap fase berubah sesuai dengan gelombang sinus, sehingga polaritas (kutub N, kutub S) dan medan magnetnya (gaya magnet) yang dihasilkan oleh setiap kumparan akan berubah.
Pada saat ini, kumparan yang menghasilkan kutub N saja berubah secara berurutan sesuai dengan kumparan fase-U → kumparan fase-V → kumparan fase-W → kumparan fase-U, dan dengan demikian terjadi rotasi.
Struktur motor kecil
Gambar berikut memberikan perkiraan struktur dan perbandingan tiga jenis motor industri: motor stepper, motor DC (DC) brushed, dan motor DC (DC) brushless.
Komponen dasar dari motor ini terutama adalah kumparan, magnet dan rotor, dan ada juga jenis kumparan tetap dan magnet tetap tergantung pada jenisnya.
Berikut ini adalah deskripsi struktur yang terkait dengan contoh diagram. Karena mungkin ada struktur lain jika dibagi lebih hati-hati, harap dipahami bahwa struktur yang disajikan dalam tulisan ini berada di bawah bingkai besar.
Kumparan motor stepper di sini dipasang di sisi luar dan magnet diputar di sisi dalam.
Di sini magnet motor DC yang disikat dipasang di sisi luar dan koil berputar di sisi dalam. T
sikat dan komutator bertanggung jawab untuk memasok daya ke koil dan mengubah arah arus.
Dalam kasus motor tanpa sikat, koil dipasang di bagian luar dan magnet berputar di bagian dalam.
Struktur motor brushless berbeda walaupun komponen dasarnya sama karena jenis motornya berbeda. Detailnya akan dijelaskan di setiap bagian.
Motor sikat
Struktur motor DC yang disikat
Di bawah ini adalah penampakan motor DC brushed yang sering digunakan dalam model, dan diagram skematik kerusakan motor tipe dua kutub (2 magnet) tiga slot (3 kumparan) normal. Mungkin banyak dari anda yang sudah berpengalaman dalam membongkar motor listrik dc dan mencabut magnetnya.
Anda dapat melihat bahwa magnet permanen dari motor DC yang disikat tetap, dan kumparan motor DC yang disikat dapat berputar di sekitar pusat internal.
The fixed side is called the "stator" and the rotating side is called the "rotor".
Berikut ini adalah sketsa struktur yang mewakili konsep struktur.
Pinggiran sumbu pusat yang berputar memiliki tiga komutator (lembaran logam bengkok untuk peralihan arus).
Untuk menghindari kontak satu sama lain, komutator dikonfigurasi terpisah 120° (360° ÷ 3 buah). Komutator berputar dengan rotasi poros.
Satu komutator dihubungkan dengan satu ujung kumparan dan ujung kumparan lainnya, dan ketiga komutator dan ketiga kumparan tersebut membentuk satu kesatuan (cincin) sebagai rangkaian jaringan.
Dua sikat dipasang pada sudut 0° dan 180° untuk melakukan kontak dengan komutator.
Catu daya DC eksternal dihubungkan ke sikat dan arus mengalir di jalur sikat → komutator → koil → sikat.
Prinsip putaran motor dc sikat
① Putar berlawanan arah jarum jam dari keadaan awal
Coil A berada di bagian paling atas dan menghubungkan catu daya perkakas listrik ke sikat, atur sisi kiri sebagai (+) dan sisi kanan sebagai (-).
Arus besar mengalir dari sikat kiri melalui komutator ke koil A.
Ini adalah struktur di mana bagian atas (luar) kumparan A menjadi kutub S.
Dan karena 1/2 arus dari kumparan A mengalir dari sikat kiri ke kumparan B dan C dengan arah yang berlawanan dengan kumparan A, sisi luar kumparan B dan C menjadi kutub-N yang lemah (ditunjukkan dengan huruf yang sedikit lebih kecil di angka).
Medan magnet yang dihasilkan dalam kumparan ini dan efek magnet yang menjijikkan dan menarik menyebabkan kumparan mengalami gaya putar berlawanan arah jarum jam.
② Rotasi berlawanan arah jarum jam lebih lanjut
Selanjutnya, asumsikan bahwa sikat kanan bersentuhan dengan kedua komutator dalam keadaan di mana kumparan A diputar 30° berlawanan arah jarum jam.
Arus kumparan A mengalir terus menerus dari sikat kiri melalui sikat kanan dan sisi luar kumparan tetap menjadi kutub-S.
Arus yang sama dengan kumparan A mengalir melalui kumparan B, dan sisi luar kumparan B menjadi kutub-N yang lebih kuat.
Karena ujung kumparan C disingkat oleh sikat, tidak ada arus yang mengalir dan tidak ada medan magnet yang dihasilkan.
Bahkan dalam hal ini, ada gaya putar berlawanan arah jarum jam.
Kumparan di sisi atas dari ③ ke ④ terus menerus mengalami gaya yang bergerak ke kiri, dan kumparan bawah terus mengalami gaya yang bergerak ke kanan, dan terus berputar berlawanan arah jarum jam
Ketika kumparan berputar setiap 30° ke ③ dan ④, sisi luar kumparan menjadi kutub S ketika kumparan berada di atas sumbu horizontal tengah; ketika koil di bawah, itu menjadi kutub N, dan gerakan diulang.
Dengan kata lain, kumparan atas berulang kali mengalami gaya yang bergerak ke kiri dan kumparan bawah berulang kali mengalami gaya yang bergerak ke kanan (keduanya berlawanan arah jarum jam). Ini menyebabkan rotor berputar berlawanan arah jarum jam setiap saat.
Jika daya dihubungkan ke sikat kiri yang berlawanan (-) dan sikat kanan (+), medan magnet dihasilkan dalam gulungan stator gulungan dalam arah yang berlawanan, sehingga gaya yang diterapkan pada gulungan bergerak dalam arah yang berlawanan dan menjadi rotasi searah jarum jam. .
Selain itu, saat daya dicabut, rotor motor sikat berhenti berputar karena kehilangan medan magnet yang membuatnya tetap berputar.
Motor brushless gelombang penuh tiga fase
Penampilan dan struktur motor brushless gelombang penuh tiga fase
Gambar berikut menunjukkan contoh tampilan dan struktur motor tanpa sikat.
Di sebelah kiri adalah contoh motor spindel yang digunakan untuk memutar disk di perangkat pemutaran disk. Ada 9 kumparan tiga fasa x 3. Di sebelah kanan adalah contoh motor spindel untuk perangkat FDD dengan 12 kumparan (tiga fasa x 4). Kumparan dipasang pada papan dan dililitkan pada inti.
Bagian berbentuk cakram di sisi kanan kumparan adalah rotor magnet permanen. Poros rotor dimasukkan ke tengah koil dan menutupi bagian koil, dan magnet permanen mengelilingi pinggiran koil.
Struktur internal motor brushless gelombang penuh tiga fase dan sirkuit ekuivalen dari sambungan koil
Berikutnya adalah sketsa struktur internal dan rangkaian ekuivalen sambungan koil.
Sketsa struktur internal ini adalah contoh motor 2 kutub (2 magnet) 3 slot (3 kumparan) dengan struktur yang sangat sederhana. Ini mirip dengan struktur motor yang disikat dengan jumlah kutub dan slot yang sama, tetapi sisi kumparannya tetap dan magnetnya dapat diputar. Tentu saja, tidak ada kuas.
Dalam hal ini, koil dihubungkan dalam bentuk Y dan elemen semikonduktor digunakan untuk memasok arus ke koil, mengontrol arus masuk dan keluar arus sesuai dengan posisi magnet yang berputar.
Dalam contoh ini, elemen Hall digunakan untuk mendeteksi posisi magnet. Elemen Hall dikonfigurasi antara koil dan koil untuk mendeteksi tegangan yang dihasilkan dan digunakan sebagai informasi posisi berdasarkan kekuatan medan magnet. Pada gambar motor spindel FDD yang diberikan sebelumnya, Anda juga dapat melihat elemen Hall yang digunakan untuk mendeteksi posisi antara koil dan koil (di atas koil).
Elemen aula dikenal sebagai sensor magnetik.
Itu dapat mengubah besarnya medan magnet menjadi besarnya tegangan dan menunjukkan arah medan magnet dalam bentuk positif atau negatif.
Di bawah ini adalah diagram yang menunjukkan efek Hall.
Hall elements take advantage of the phenomenon that "when a current IH flows through a semiconductor and the magnetic flux B passes at right angles to the current, a voltage VH is generated in the direction perpendicular to the current and the magnetic field", a phenomenon discovered by American physicist Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) and called "Hall effect".
Tegangan yang dihasilkan VH dinyatakan dengan persamaan berikut.
VH = (KH / d)・IH・B ※KH: Koefisien hall, d: ketebalan permukaan penetrasi fluks
Seperti yang ditunjukkan rumus, semakin tinggi arus, semakin tinggi tegangannya. Properti ini sering digunakan untuk mendeteksi posisi rotor (magnet).
Prinsip rotasi motor brushless gelombang penuh tiga fase
Prinsip putaran motor brushless akan dijelaskan pada langkah ① hingga ⑥ berikut. Untuk memudahkan pemahaman, magnet permanen disederhanakan dari lingkaran menjadi persegi panjang di sini.
①
In a 3-phase coil, let coil 1 be fixed at 12 o'clock, coil 2 be fixed at 4 o'clock and coil 3 be fixed at 8 o'clock of the clock. Let the N-pole of the 2-pole permanent magnet be on the left side and the S-pole on the right side and rotatable.
Jadikan arus Io mengalir ke kumparan 1 untuk menghasilkan medan magnet kutub-S di bagian luar kumparan. Biarkan arus Io/2 mengalir keluar dari kumparan 2 dan kumparan 3 untuk menghasilkan medan magnet kutub-N di bagian luar kumparan.
Ketika medan magnet kumparan 2 dan 3 disintesis vektor, medan magnet kutub-N dihasilkan ke bawah, yaitu 0,5 kali ukuran medan magnet yang dihasilkan ketika arus Io melewati sebuah kumparan, dan menjadi 1,5 kali ukuran ketika ditambahkan ke medan magnet kumparan 1. Ini menghasilkan medan magnet sintetik pada sudut 90° terhadap magnet permanen, sehingga torsi maksimum dapat dihasilkan dan magnet permanen berputar searah jarum jam.
Ketika arus di kumparan 2 dikurangi dan arus di kumparan 3 dinaikkan sesuai dengan posisi putaran, medan magnet sintetik juga berputar searah jarum jam dan magnet permanen terus berputar.
②
Pada keadaan diputar 30°, arus Io mengalir ke kumparan 1 sehingga arus pada kumparan 2 adalah nol sehingga menyebabkan arus Io mengalir keluar kumparan 3.
Sisi luar kumparan 1 menjadi kutub S dan sisi luar kumparan 3 menjadi kutub N. Ketika vektor disintesis, medan magnet yang dihasilkan adalah √3 (≈1,72) kali medan magnet yang dihasilkan ketika arus Io melewati satu kumparan. Ini juga menghasilkan medan magnet yang disintesis pada sudut 90° sehubungan dengan medan magnet magnet permanen, dan berputar searah jarum jam.
Ketika arus masuk Io koil 1 dikurangi sesuai dengan posisi putaran, arus masuk koil 2 dinaikkan dari nol, dan arus keluar koil 3 dinaikkan menjadi Io, medan magnet sintetik juga berputar searah jarum jam, dan permanen magnet terus berputar.
Asumsikan bahwa arus pada setiap fasa adalah sinusoidal, nilai arus di sini adalah Io × sin(π⁄3) = Io × √3⁄2. Dengan sintesis vektor medan magnet, ukuran total medan magnet adalah (√3⁄2)2 × 2 = 1,5 kali medan magnet yang dihasilkan oleh satu kumparan. Ketika arus di setiap fase adalah sinusoidal, besarnya medan magnet sintesis vektor adalah 1,5 kali medan magnet yang dihasilkan oleh satu kumparan terlepas dari posisi magnet permanen, dan medan magnet berada pada sudut 90° terhadap medan magnet dari magnet permanen.
③
Pada keadaan di mana putaran telah berlanjut selama 30°, arus Io/2 mengalir ke kumparan 1, arus Io/2 mengalir ke kumparan 2, dan arus Io mengalir keluar dari kumparan 3.
Sisi luar kumparan 1 menjadi kutub S, sisi luar kumparan 2 juga menjadi kutub S, dan sisi luar kumparan 3 menjadi kutub N. Ketika vektor disintesis, medan magnet yang dihasilkan adalah 1,5 kali medan magnet yang dihasilkan ketika arus Io mengalir melalui satu kumparan (sama dengan ①). Di sini juga, medan magnet sintetik dihasilkan pada sudut 90° terhadap medan magnet magnet permanen, dan berputar searah jarum jam.
④～⑥
Putar dengan cara yang sama seperti ① ke ③.
Dengan cara ini, jika arus yang mengalir ke koil secara terus menerus disaklarkan secara berurutan sesuai dengan posisi magnet permanen, maka magnet permanen akan berputar dengan arah yang tetap. Demikian pula, jika arus dibalik dan arah medan magnet sintetik dibalik, maka akan berputar berlawanan arah jarum jam.
Diagram berikut menunjukkan arus di setiap kumparan untuk setiap langkah ① hingga ⑥ di atas secara berurutan. Hubungan antara perubahan arus dan rotasi harus dipahami dengan uraian di atas.
Motor stepper
A stepper motor is a motor that can accurately control the rotation angle and speed synchronized with a pulse signal, also known as a "pulse motor. Stepper motors are widely used in equipment that requires positioning because accurate positioning can be achieved by open-loop control without the use of position sensors.
Struktur motor stepper (bipolar dua fase)
Diagram berikut dari kiri ke kanan menunjukkan contoh penampakan motor stepper, sketsa struktur internal, dan sketsa konsep struktur.
Pada contoh tampilan diberikan tampilan motor stepper tipe HB (hybrid) dan tipe PM (magnet permanen). Diagram struktur di tengah juga diberikan untuk tipe HB dan tipe PM.
Motor stepper adalah struktur di mana koil dipasang dan magnet permanen berputar. Diagram konseptual struktur internal motor stepper di sebelah kanan adalah contoh motor PM yang menggunakan kumparan dua fasa (dua set). Dalam contoh struktur motor stepper dasar, kumparan dikonfigurasikan di bagian luar dan magnet permanen dikonfigurasikan di bagian dalam. Selain kumparan dua fasa, ada juga jenis dengan jumlah fasa yang lebih banyak seperti tiga fasa dan lima fasa.
Beberapa motor stepper memiliki struktur lain yang berbeda, tetapi struktur dasar motor stepper diberikan dalam makalah ini untuk memudahkan pengenalan prinsip operasinya. Melalui makalah ini diharapkan dapat memahami struktur dasar motor stepper dengan kumparan tetap dan magnet permanen berputar.
Prinsip kerja dasar motor stepper (eksitasi fase tunggal)
Diagram berikut digunakan untuk memperkenalkan prinsip operasi dasar motor stepper. Ini adalah contoh eksitasi untuk setiap fase (kumpulan kumparan) dari kumparan tipe bipolar dua fase di atas. Premis diagram adalah bahwa keadaan berubah dari ① menjadi ④. Kumparan terdiri dari kumparan 1 dan kumparan 2, masing-masing. Selain itu, panah arus menunjukkan arah aliran arus.
①
・Buat arus mengalir dari sisi kiri koil 1 dan keluar dari sisi kanan koil 1.
・Jangan biarkan arus mengalir melalui koil 2.
・Pada saat ini, sisi dalam kumparan kiri 1 menjadi N dan sisi dalam kumparan kanan 1 menjadi S.
・Akibatnya, magnet permanen tengah tertarik oleh medan magnet kumparan 1 dan berubah ke sisi kiri S dan sisi kanan N dan berhenti.
②
・Arus kumparan 1 dihentikan sehingga arus mengalir masuk dari sisi atas kumparan 2 dan keluar dari sisi bawah kumparan 2.
・Sisi dalam koil atas 2 berubah menjadi N dan sisi dalam koil bawah 2 berubah menjadi S.
・Magnet permanen tertarik oleh medan magnetnya dan berputar 90° searah jarum jam untuk berhenti.
③
・Arus kumparan 2 dihentikan sehingga arus mengalir masuk dari sisi kanan kumparan 1 dan keluar dari sisi kiri kumparan 1.
・Sisi dalam kumparan kiri 1 menjadi S dan sisi dalam kumparan kanan 1 menjadi N.
・Magnet permanen tertarik oleh medan magnetnya dan berputar searah jarum jam 90° lagi untuk berhenti.
④
・Hentikan arus di kumparan 1 sehingga arus mengalir masuk dari sisi bawah kumparan 2 dan keluar dari sisi atas kumparan 2.
・Sisi dalam kumparan atas 2 menjadi S dan sisi dalam kumparan bawah 2 menjadi N.
・Magnet permanen tertarik oleh medan magnetnya dan berputar searah jarum jam 90° lagi untuk berhenti.
Motor stepper dapat diputar dengan mengalihkan arus yang mengalir melalui koil oleh rangkaian elektronik dengan urutan ① ke ④ di atas. Dalam contoh ini, setiap aksi switching menyebabkan motor stepper berputar 90°.
Selain itu, ketika arus terus mengalir melalui koil, keadaan berhenti dapat dipertahankan dan motor stepper dapat memiliki torsi penahan. Kebetulan, jika urutan arus yang mengalir melalui koil dibalik, motor stepper dapat dibuat berputar terbalik.
Find a professional industrial motor manufacturer - Dongchun motor China
