Quase metade do consumo mundial de energia é consumida por motores, por isso a alta eficiência dos motores é considerada a medida mais eficaz para resolver os problemas energéticos do mundo.
De modo geral, refere-se à transformação da força gerada pela corrente que flui no campo magnético em ação rotativa e, em sentido amplo, inclui também a ação linear.De acordo com o tipo de fonte de alimentação acionada pelo motor, ela pode ser dividida em motor DC e motor AC.De acordo com o princípio da rotação do motor, ele pode ser dividido aproximadamente nas seguintes categorias.(exceto motores especiais)
Motor CA Motor escovado: O motor escovado amplamente utilizado é geralmente chamado de motor CC.Um eletrodo denominado “escova” (lado do estator) e um “comutador” (lado da armadura) são contatados sequencialmente para comutar a corrente, realizando assim uma ação rotativa.Motor DC sem escova: Não precisa de escovas e comutadores, mas usa funções de comutação, como transistores, para comutar a corrente e realizar a rotação.Motor de passo: Este motor funciona em sincronia com a potência de pulso, por isso também é chamado de motor de pulso.Sua característica é que ele pode realizar facilmente uma operação de posicionamento precisa.Motor assíncrono: A corrente alternada faz com que o estator produza um campo magnético rotativo, o que faz com que o rotor produza corrente induzida e gire sob sua interação.Motor CA (corrente alternada) Motor síncrono: a corrente alternada cria um campo magnético giratório e o rotor com pólos magnéticos gira devido à atração.A taxa de rotação é sincronizada com a frequência de energia.
Sobre corrente, campo magnético e força Em primeiro lugar, para facilitar a seguinte explicação do princípio motor, vamos rever as leis/regras básicas sobre corrente, campo magnético e força.Embora haja um sentimento de nostalgia, é fácil esquecer esse conhecimento se você não utiliza componentes magnéticos com frequência.
Como o motor gira?1) o motor gira com a ajuda de ímãs e força magnética.Em torno de um ímã permanente com um eixo giratório, ① gire o ímã (para gerar um campo magnético giratório), ② de acordo com o princípio de que diferentes pólos do pólo N e do pólo S se atraem e o mesmo nível se repelem, ③ o ímã com um o eixo giratório irá girar.
A corrente que flui no fio causa um campo magnético giratório (força magnética) ao seu redor, de modo que o ímã gira, que na verdade é o mesmo estado de ação que este.
Além disso, quando o fio é enrolado em uma bobina, a força magnética é sintetizada, formando um grande fluxo de campo magnético (fluxo magnético), resultando em um pólo N e um pólo S.Além disso, ao inserir o núcleo de ferro no condutor em forma de bobina, as linhas do campo magnético tornam-se fáceis de passar e podem gerar uma força magnética mais forte.2) Motor rotativo real Aqui, como um método prático de rotação de máquina elétrica, é introduzido o método de fabricação de campo magnético rotativo usando CA trifásica e bobina.(CA trifásica é um sinal CA com um intervalo de fase de 120.) As bobinas enroladas em torno do núcleo de ferro são divididas em três fases, e as bobinas da fase U, as bobinas da fase V e as bobinas da fase W são dispostas em intervalos de 120. As bobinas com alta tensão geram N pólos, e as bobinas com baixa tensão geram S pólos.Cada fase muda de acordo com uma onda senoidal, portanto a polaridade (pólo N, pólo S) gerada por cada bobina e seu campo magnético (força magnética) mudarão.Neste momento, basta olhar para as bobinas que geram N pólos e alterá-las na ordem de bobina da fase U → bobina da fase V → bobina da fase W → bobina da fase U, girando assim.Estrutura do motor pequeno A figura a seguir mostra a estrutura geral e comparação do motor de passo, motor DC com escova e motor DC sem escova.Os componentes básicos desses motores são principalmente bobinas, ímãs e rotores.Além disso, devido aos diferentes tipos, eles são divididos em tipo fixo de bobina e tipo fixo magnético.
Aqui, o ímã do motor DC da escova é fixado por fora e a bobina gira por dentro.A escova e o comutador são responsáveis por fornecer energia à bobina e alterar a direção da corrente.Aqui, a bobina do motor sem escova é fixada por fora e o ímã gira por dentro.Devido aos diferentes tipos de motores, as suas estruturas são diferentes, mesmo que os componentes básicos sejam os mesmos.Será explicado detalhadamente em cada parte.Motor escovado Estrutura do motor escova A seguir está a aparência do motor CC escovado frequentemente usado no modelo e o diagrama esquemático explodido do motor comum de dois pólos (dois ímãs) de três slots (três bobinas).Talvez muitas pessoas tenham a experiência de desmontar o motor e retirar o ímã.Pode-se observar que o ímã permanente do motor CC da escova é fixo e a bobina do motor CC da escova pode girar em torno do centro interno.O lado fixo é denominado “estator” e o lado giratório é denominado “rotor”.
Princípio de rotação do motor da escova ① Gire no sentido anti-horário a partir do estado inicial A bobina A está no topo, conectando a fonte de alimentação à escova, e deixe o lado esquerdo (+) e o lado direito (-).Uma grande corrente flui da escova esquerda para a bobina A através do comutador.Esta é uma estrutura em que a parte superior (externa) da bobina A torna-se o pólo S.Como 1/2 da corrente da bobina A flui da escova esquerda para a bobina B e para a bobina C na direção oposta à bobina A, os lados externos da bobina B e da bobina C tornam-se pólos N fracos (indicados por letras ligeiramente menores no figura).O campo magnético gerado nessas bobinas e a repulsão e atração dos ímãs fazem com que as bobinas girem no sentido anti-horário.② rotação adicional no sentido anti-horário.A seguir, assume-se que a escova direita está em contato com dois comutadores no estado em que a bobina A gira 30 graus no sentido anti-horário.A corrente da bobina A flui continuamente da escova esquerda para a escova direita, e o lado externo da bobina mantém o pólo S.A mesma corrente que a bobina A flui através da bobina B, e a parte externa da bobina B torna-se um pólo N mais forte.Como ambas as extremidades da bobina C estão em curto-circuito por escovas, nenhuma corrente flui e nenhum campo magnético é gerado.Mesmo neste caso, estará sujeito à força de rotação no sentido anti-horário.De ③ a ④, a bobina superior recebe continuamente a força que se move para a esquerda, e a bobina inferior recebe continuamente a força que se move para a direita e continua a girar no sentido anti-horário.Quando a bobina gira para ③ e ④ a cada 30 graus, quando a bobina está localizada acima do eixo horizontal central, o lado externo da bobina se torna o pólo S;Quando a bobina está localizada abaixo, ela se torna pólo N, e esse movimento se repete.Em outras palavras, a bobina superior é repetidamente submetida a uma força que se move para a esquerda, e a bobina inferior é repetidamente submetida a uma força que se move para a direita (ambas no sentido anti-horário).Isso faz com que o rotor gire sempre no sentido anti-horário.Se a fonte de alimentação estiver conectada na escova esquerda oposta (-) e na escova direita (+), um campo magnético com sentidos opostos será gerado na bobina, portanto o sentido da força aplicada na bobina também é oposto, girando no sentido horário .Além disso, quando a fonte de alimentação é desligada, o rotor do motor da escova irá parar de girar porque não há campo magnético para mantê-lo girando.Motor sem escova trifásico de onda completa Aparência e estrutura do motor sem escova trifásico de onda completa
Diagrama da estrutura interna e circuito equivalente de conexão da bobina do motor trifásico sem escova de onda completa A seguir está o diagrama esquemático da estrutura interna e o diagrama do circuito equivalente da conexão da bobina.O diagrama da estrutura interna é um exemplo simples de um motor de 2 pólos (2 ímãs) e 3 slots (3 bobinas).É semelhante à estrutura do motor de escova com o mesmo número de pólos e ranhuras, mas o lado da bobina é fixo e o ímã pode girar.Claro, não há pincel.Neste caso, a bobina adota o método de conexão Y, e o elemento semicondutor é usado para fornecer corrente à bobina, e a entrada e saída de corrente são controladas de acordo com a posição do ímã rotativo.Neste exemplo, um elemento Hall é usado para detectar a posição do ímã.O elemento Hall está disposto entre as bobinas e detecta a tensão gerada de acordo com a intensidade do campo magnético e a utiliza como informação de posição.Na imagem do motor spindle FDD fornecida anteriormente, também pode ser visto que existe um elemento Hall (acima da bobina) entre a bobina e a bobina para detectar a posição.O elemento Hall é um sensor magnético bem conhecido.A magnitude do campo magnético pode ser convertida na magnitude da tensão, e a direção do campo magnético pode ser representada por positivo e negativo.
Princípio de rotação do motor sem escova trifásico de onda completa A seguir, o princípio de rotação do motor sem escova será explicado de acordo com as etapas ① ~ ⑥.Para facilitar a compreensão, o ímã permanente é simplificado de circular para retangular aqui.① Na bobina trifásica, deixe a bobina 1 fixada na direção das 12 horas do relógio, a bobina 2 fixada na direção das 4 horas do relógio e a bobina 3 fixada na direção 8 horas na direção do relógio.Deixe o pólo N do ímã permanente de 2 pólos estar à esquerda e o pólo S à direita, e ele pode girar.Uma corrente Io flui para dentro da bobina 1 para gerar um campo magnético de pólo S fora da bobina.A corrente Io/2 flui da bobina 2 e da bobina 3 para gerar um campo magnético de N pólos fora da bobina.Quando os campos magnéticos da bobina 2 e da bobina 3 são sintetizados por vetores, um campo magnético de N pólos é gerado para baixo, que é 0,5 vezes o tamanho do campo magnético gerado quando a corrente Io passa através de uma bobina, e quando adicionada ao campo magnético campo da bobina 1, torna-se 1,5 vezes.Isso produzirá um campo magnético composto com um ângulo de 90º em relação ao ímã permanente, de modo que o torque máximo possa ser gerado e o ímã permanente gire no sentido horário.Quando a corrente da bobina 2 é reduzida e a corrente da bobina 3 é aumentada de acordo com a posição de rotação, o campo magnético resultante também gira no sentido horário e o ímã permanente também continua a girar.② Quando girada 30 graus, a corrente Io flui para a bobina 1, de modo que a corrente na bobina 2 é zero e a corrente Io flui para fora da bobina 3. O lado externo da bobina 1 torna-se um pólo S, e o lado externo da bobina 3 torna-se um pólo N.Quando os vetores são combinados, o campo magnético gerado é √3(≈1,72) vezes aquele gerado quando a corrente Io passa por uma bobina.Isso também produzirá um campo magnético resultante em um ângulo de 90º em relação ao campo magnético do ímã permanente e girará no sentido horário.Quando a corrente de entrada Io da bobina 1 é reduzida de acordo com a posição de rotação, a corrente de entrada da bobina 2 é aumentada de zero e a corrente de saída da bobina 3 é aumentada para Io, o campo magnético resultante também gira no sentido horário, e o ímã permanente continua a girar.Supondo que cada corrente de fase seja senoidal, o valor da corrente aqui é io× sin (π 3) = io× √ 32. Através da síntese vetorial do campo magnético, o campo magnético total é (√ 32) 2× 2 = 1,5 vezes do campo magnético gerado por uma bobina.※.Quando cada corrente de fase é uma onda senoidal, não importa onde o ímã permanente esteja localizado, a magnitude do campo magnético composto vetorial é 1,5 vezes o campo magnético gerado por uma bobina, e o campo magnético forma um ângulo de 90 graus em relação a o campo magnético do ímã permanente.③ No estado de rotação contínua de 30 graus, a corrente Io/2 flui para a bobina 1, a corrente Io/2 flui para a bobina 2 e a corrente Io flui para fora da bobina 3. O lado externo da bobina 1 torna-se o pólo S , o lado externo da bobina 2 torna-se o pólo S e o lado externo da bobina 3 torna-se o pólo N.Quando os vetores são combinados, o campo magnético gerado é 1,5 vezes aquele gerado quando a corrente Io flui através de uma bobina (o mesmo que ①).Aqui, um campo magnético sintético com um ângulo de 90 graus em relação ao campo magnético do ímã permanente também será gerado e girado no sentido horário.④～⑥ Gire da mesma forma que ① ~ ③.Desta forma, se a corrente que flui para a bobina for continuamente comutada de acordo com a posição do ímã permanente, o ímã permanente girará em uma direção fixa.Da mesma forma, se a corrente fluir na direção oposta e o campo magnético sintético for invertido, ele girará no sentido anti-horário.A figura a seguir mostra a corrente de cada bobina em cada etapa de ① a ⑥.Através da introdução acima, deveremos ser capazes de compreender a relação entre a mudança actual e a rotação.motor de passo O motor de passo é um tipo de motor que pode controlar o ângulo de rotação e a velocidade de forma síncrona e precisa com o sinal de pulso.O motor de passo também é chamado de “motor de pulso”.O motor de passo é amplamente utilizado em equipamentos que necessitam de posicionamento, pois pode realizar um posicionamento preciso apenas por meio de controle de malha aberta, sem usar sensor de posição.Estrutura do motor de passo (bipolar bifásico) Nos exemplos de aparência são dadas as aparências dos motores de passo HB (híbrido) e PM (ímã permanente).O diagrama de estrutura no meio também mostra a estrutura de HB e PM.O motor de passo é uma estrutura com bobina fixa e ímã permanente giratório.O diagrama conceitual da estrutura interna do motor de passo à direita é um exemplo de motor PM usando bobinas bifásicas (dois grupos).No exemplo de estrutura básica do motor de passo, a bobina está disposta na parte externa e o ímã permanente está disposto na parte interna.Além de duas fases, existem muitos tipos de bobinas com três fases e cinco fases iguais.Alguns motores de passo possuem outras estruturas diferentes, mas para apresentar seus princípios de funcionamento, este artigo fornece a estrutura básica dos motores de passo.Através deste artigo, espero entender que o motor de passo adota basicamente a estrutura de fixação da bobina e rotação do ímã permanente.Princípio básico de funcionamento do motor de passo (excitação monofásica) A seguir, apresentamos o princípio básico de funcionamento do motor de passo.① A corrente flui do lado esquerdo da bobina 1 e sai do lado direito da bobina 1. Não deixe a corrente fluir através da bobina 2. Neste momento, o interior da bobina esquerda 1 torna-se N, e o interior de a bobina direita 1 torna-se S.. Portanto, o ímã permanente do meio é atraído pelo campo magnético da bobina 1 e para no estado do lado esquerdo S e do lado direito N.. ② Pare a corrente na bobina 1, de modo que a corrente flua do lado superior da bobina 2 e saia do lado inferior da bobina 2. O lado interno da bobina superior 2 torna-se N e o lado interno da bobina inferior 2 torna-se S.. O ímã permanente é atraído por seu campo magnético e para de girar 90º no sentido horário.③ Pare a corrente na bobina 2, de modo que a corrente flua do lado direito da bobina 1 e saia do lado esquerdo da bobina 1. O interior da bobina esquerda 1 se torna S, e o interior da bobina direita 1 torna-se N.. O ímã permanente é atraído por seu campo magnético e gira no sentido horário por mais 90 graus para parar.④ Interrompa a corrente na bobina 1, de modo que a corrente flua do lado inferior da bobina 2 e saia do lado superior da bobina 2. O interior da bobina superior 2 se torna S, e o interior do a bobina inferior 2 torna-se N. O ímã permanente é atraído por seu campo magnético e gira no sentido horário por mais 90 graus para parar.O motor de passo pode ser girado alternando a corrente que flui através da bobina na ordem acima, de ① para ④ através do circuito eletrônico.Neste exemplo, cada ação do interruptor girará o motor de passo em 90. Além disso, quando a corrente flui continuamente através de uma determinada bobina, ela pode manter o estado de parada e fazer com que o motor de passo tenha o torque de retenção.A propósito, se a corrente que flui pela bobina for invertida, o motor de passo poderá girar na direção oposta.
