Elektromotor se sastoji od rotora smještenog u rotirajućem magnetskom polju. Pod utjecajem tog okretnog magnetskog polja, rotor dobiva rotacijski moment, uzrokujući njegovo okretanje. Asinkroni motori rade u širokom rasponu snage, od nekoliko vata do desetaka tisuća kilovata, dajući snagu za različitu mehaničku opremu i kućanske aparate.
Električni motor (obično zvan "motor") je elektromagnetski uređaj koji pretvara ili prenosi električnu energiju na principu elektromagnetske indukcije. Njegova primarna funkcija je stvaranje pogonskog momenta, služeći kao izvor energije za električne uređaje ili različitu mehaničku opremu.
Primarna funkcija generatora je pretvaranje električne energije u mehaničku.
Elektromotor se prvenstveno sastoji od namota elektromagneta ili raspoređenih namota statora za stvaranje magnetskog polja, rotirajuće armature ili rotora i drugog pribora. Pod utjecajem rotirajućeg magnetskog polja koje proizvode namoti statora, struja teče kroz aluminijski okvir kaveznog-kaveza armature. Ova struja djeluje u interakciji s magnetskim poljem, uzrokujući rotaciju armature.
Stator (stacionarni dio) Jezgra statora: komponenta magnetskog kruga motora, na koju su postavljeni namoti statora; Namoti statora: električni krug motora, kroz koji teče tro{0}}fazna izmjenična struja za stvaranje rotirajućeg magnetskog polja; Okvir: učvršćuje jezgru statora i prednje/stražnje poklopce za podupiranje rotora, istovremeno pružajući zaštitu, odvođenje topline i druge funkcije;
Rotor (rotirajući dio)
Jezgra rotora: Služi kao dio magnetskog kruga motora i u svojim utorima nalazi namote rotora;
Namoti rotora: probijaju rotirajuće magnetsko polje statora da generiraju induciranu elektromotornu silu i struju, proizvodeći elektromagnetski moment koji pokreće rotaciju motora;
【Animacija motoričkih principa】
Motor s permanentnim magnetom ▼
DC motor ▼
Kvantni magnetski motor ▼
Jedno{0}}fazni indukcijski motor ▼
Princip rada koračnih motora ▼
Motor ravnoteže ▼
Princip generiranja električne struje ▼
Tro{0}}fazni stator ▼
Poprečni-presjek motora ▼
Elektromotor ▼
DC motori▼
Razlike između popravka motora s promjenjivom frekvencijom i konvencionalnih motora
Metode popravka za motore s promjenjivom frekvencijom u osnovi su iste kao one za konvencionalne motore. Međutim, zbog jedinstvenih karakteristika izvora napajanja s promjenjivom frekvencijom, zahtjevi za izolacijom za namote motora s promjenjivom frekvencijom su stroži nego za konvencionalne motore. Za poboljšanje izolacijskih uvjeta potrebno je poduzeti sljedeće mjere:
1. Odaberite elektromagnetsku žicu s izvrsnom otpornošću na koronu kako biste zadovoljili zahtjeve motora za podnošenje visoko-pulsova frekvencije i djelomičnog pražnjenja.
Obično se koristi kompozitna emajlirana žica poliesterimid/poliamideimid ili elektromagnetska žica otporna na koronu-.
2. Tehnike konstrukcije namota i umetanja proreza.
Strogo upravljanje bitno je tijekom postupaka namotavanja, umetanja utora i vezivanja za motore s promjenjivom frekvencijom. Posebnu pozornost treba obratiti na sprječavanje oštećenja vodiča tijekom namotavanja i umetanja utora. Umetanje utora mora osigurati pravilno postavljanje izolacije utora, fazne izolacije i izolacije od-{3}}sloja do sloja. Fazna izolacija treba koristiti materijale u koje lako prodire izolacijski lak. Krajevi svitaka moraju biti ojačani vezivanjem i osiguranjem kako bi se osiguralo da čine integralnu jedinicu.
Pojačana izolacija na dnu utora motora, između faza, između slojeva i na početku/kraju zavoja zavojnice povećava dielektričnu čvrstoću motora.
3. Glavna izolacija mora koristiti izolaciju-bez procjepa.
Zračni raspori unutar izolacijske strukture motora s promjenjivom frekvencijom primarni su uzrok koronskog pražnjenja. Kako bi se osigurala odsutnost zračnih raspora u ukupnoj strukturi izolacije, prema nacionalnoj normi GB/TZ1707-2008 "Specifikacije izolacije za tro-fazne asinkrone motore za kontrolu brzine promjenjive frekvencije", upotrijebljeni lak za impregniranje ne smije biti niži od F{4}}klase laka bez otapala s hlapljivim sadržajem ispod 10%, a Mora se primijeniti VPI proces. Ovaj proces također povećava ukupnu mehaničku čvrstoću izolacijske strukture.
4. Osigurajte pravilno podudaranje između pretvarača, kabela i motora i ograničite duljinu kabela između motora i izvora napajanja.
Zbog neusklađenosti impedancije u električnim vodovima, amplituda prenapona na kraju motora raste s duljinom kabela između pretvarača i motora, što može lako uzrokovati djelomično pražnjenje. Stoga, na temelju specifičnih karakteristika napajanja s promjenjivom frekvencijom i stvarnih zahtjeva, duljina spojnog kabela treba biti što je moguće minimizirana kako bi se smanjila amplituda prenapona na kraju motora i količina djelomičnog pražnjenja, čime se produljuje životni vijek motora. Kabeli za napajanje za motore s promjenjivom frekvencijom općenito koriste specijalizirane kabele, također poznate kao kabeli s promjenjivom frekvencijom sa simetričnim vodičem, koji su serije 3P+3N/E. To znači da izvorna 3+1 konfiguracija dijeli jedan neutralni vodič u tri odvojena vodiča.
Koračni motor
Slika 1.1 ilustrira princip rada dvo-faznog koračnog motora koji ima dva namota. Kada je jedan namot pod naponom, njegov pol statora stvara magnetsko polje koje privlači rotor da se poravna s tim polom. Ako se namoti napajaju u slijedu pod upravljačkim impulsima-kružeći kroz stanja A`A→B`B→`AA→`BB-motor se okreće u smjeru kazaljke na satu. Kada se napaja u nizu A`A→`BB→`AA→B`B, motor se okreće suprotno od kazaljke na satu. Svaki upravljački impuls mijenja smjer napajanja, uzrokujući pomicanje motora za jedan korak (90 stupnjeva). Četiri impulsa dovrše jednu punu rotaciju. Viša frekvencija pulsa rezultira bržom rotacijom motora.
Izlazni moment koračnog motora proporcionalan je efektivnom volumenu motora, zavojima zavojnice, magnetskom toku i struji. Stoga, veći efektivni volumen, više zavoja zavojnice i manji zračni raspor između statora i rotora rezultiraju većim momentom, i obrnuto.
Slika. 2 Dijagram strukture mehanizma koračnog motora
Struktura koračnog motora sastoji se od rotora (jezgra rotora, permanentni magnet, vratilo, kuglični ležajevi), statora (namoti, jezgra statora) te prednjeg i stražnjeg poklopca. Najtipičniji dvo{1}}fazni hibridni koračni motor ima stator s 8 velikih zuba i 40 malih zuba, dok rotor ima 50 malih zuba. Stator trofaznog motora ima 9 velikih zuba i 45 malih zuba, dok rotor također ima 50 malih zuba.
Broj faza koračnog motora odnosi se na broj skupina zavojnica unutar motora. Najčešće korišteni tipovi uključuju dvo-fazne, tro-fazne, četver-fazne i pet-fazne koračne motore. Različiti brojevi faza rezultiraju različitim kutovima koraka: obično dvo{6}}fazni motori imaju kut koraka od 0,9 stupnjeva /1,8 stupnjeva, tro-fazni motori imaju 0,75 stupnjeva /1,5 stupnjeva, a pet{12}}fazni motori imaju 0,36 stupnjeva /0,72 stupnja. Bez mikrokoračnog pokretača, korisnici primarno odabiru koračne motore s različitim brojevima faza kako bi zadovoljili svoje potrebne specifikacije kuta koraka. Kada koristite mikrokoračni pokretač, 'broj faza' postaje irelevantan; korisnici mogu jednostavno podesiti rezoluciju mikrokoraka na drajveru kako bi promijenili kut koraka.
Bez obzira radi li se o dvo-faznom četverožičnom-žičnom, četvero-faznom petožičnom-žičnom ili četvero-faznom šest-žičnom koračnom motoru, unutarnja konstrukcija ostaje dosljedna. Razlika između konfiguracija s četiri-žice, pet-žica ili šest-žica ovisi o tome dijele li parovi A i ~A ili parovi B i B~ zajedničku terminalnu (COM) vezu. Ako obje grupe A i B imaju svoje namjenske COM priključke, motor je šest-žični. Ako su zajednički terminali za A i B spojeni zajedno, radi se o pet-žici.
Stoga, da odredite konfiguraciju ožičenja koračnog motora, jednostavno odvojite A i B skupine i ispitajte ih multimetrom.
Četvero{0}}žica:Budući da ne postoji zajednička (COM) žica u konfiguraciji s četiri-žice, grupe A i B potpuno su izolirane i ne-vode jedna prema drugoj. Stoga, kada se testira multimetrom, jedna skupina neće pokazati kontinuitet.
Pet{0}}žica:U konfiguraciji s pet-žica, zajednički terminali grupa A i B povezani su zajedno. Prilikom testiranja multimetrom, ako jedna žica pokazuje vrijednost otpora sličnu ostalim žicama, ta žica je zajednički terminal. Za pogon koračnog motora s pet-žica, zajednički terminal može ostati nepovezan i motor će i dalje raditi.
Šest-žica:Zajednički terminali grupa A i B nisu spojeni. Slično, korištenjem multimetra za mjerenje otpora, ako jedna žica pokazuje identičan otpor kao druge dvije žice, ta je žica com terminal, a druge dvije žice čine grupu. Za pogon četver-faznog šest{3}}žičnog koračnog motora, motor se također može pokretati bez spajanja dva uobičajena com terminala.
Koncepti vezani uz koračni motor:
Broj faza: Broj parova uzbudnih zavojnica koji generiraju različite parove N i S magnetskih polova. Obično se označava s m.
Broj pulsa:Broj impulsa ili vodljivih stanja potrebnih za završetak jednog ciklusa magnetskog polja, označen s n. Alternativno, odnosi se na broj impulsa potrebnih da se motor okrene za jedan kut. Na primjer, u četver-faznom motoru:
Kut koraka:Kutni pomak rotora motora koji odgovara jednom impulsnom signalu, označen s θ. θ=360 stupnjeva / (zubi rotora J × broj radnih otkucaja). Za konvencionalne dvo- ili četver-fazne motore s 50 zubaca rotora: U četver-faznom radu, kut koraka je θ=360 stupnjeva /(50*4)=1.8 stupnjeva (obično se naziva puni korak). U osmo-faznom radu, kut koraka je θ=360 stupnjeva /(50*8)=0.9 stupnjeva (obično se naziva pola koraka).
Moment držanja:Inherentni moment zaključavanja rotora motora kada-je bez napona (uzrokovan harmonicima profila zubaca magnetskog polja i mehaničkim pogreškama).
Statički moment:Moment blokiranja na osovini motora kada je motor pod nazivnom statičkom električnom silom, ali se ne okreće. Ovaj zakretni moment služi kao standard za procjenu veličine motora (geometrijskih dimenzija) i neovisan je o pogonskom naponu ili napajanju.
Pogon koračnog motora:Pokretanje koračnog motora u biti uključuje naizmjeničnu primjenu kontinuiranih impulsa na A i B grupu motora, omogućujući motoru da radi.
Propušten korak:Stvarni broj koraka poduzetih tijekom rada motora ne odgovara teoretskom broju koraka.
Primjer:Razlike između dvo-faznih i pet{1}}faznih koračnih motora
Koračni motori prvenstveno se klasificiraju prema broju faza, pri čemu su dvo{0}}fazni i pet-fazni koračni motori najšire zastupljeni na trenutnom tržištu. Većina dvo-faznih koračnih motora može se dalje podijeliti u najviše 400 jednakih koraka po okretaju, dok se pet-fazni motori mogu dodatno podijeliti u 1000 jednakih koraka. Posljedično, pet-fazni koračni motori pokazuju superiorne karakteristike performansi, kraća vremena ubrzanja/usporavanja i manju dinamičku inerciju.
Usporedba razlika između dvo{0}}faznih i pet{1}}faznih koračnih motora:
| Dvo{0}}fazni koračni motor | Pet{0}}fazni koračni motor | |
| Rezolucija | 1,8 stupnjeva/0,9 stupnjeva (200, 400 mikrokoraka) | 0,72 stupnja/0,36 stupnjeva (500, 1000 mikrokoraka), 2,5 puta više od dvo-faznih koračnih motora |
| Karakteristike vibracija | Raspon rezonancije-niske brzine između 100-200 PPS, značajne vibracije | Nema značajnih rezonantnih točaka, niske vibracije |
| Karakteristike brzine i momenta | Niža brzina | Velika brzina, veliki okretni moment |
1. Razlike u točnosti upravljanja
Dvo-fazni hibridni koračni motori obično imaju kutove koraka od 3,6 stupnjeva ili 1,8 stupnjeva, dok pet-fazni hibridni koračni motori općenito imaju kutove koraka od 0,72 stupnja ili 0,36 stupnjeva. Neki-koračni motori visokih performansi nude još manje kutove koraka. Na primjer, koračni motor koji proizvodi Sitong Company za spore-strojeve za rezanje žice ima kut koraka od 0,09 stupnjeva. Tro{12}}fazni hibridni koračni motori koje proizvodi njemački Berger Lahr mogu imati svoje kutove koraka postavljene putem DIP prekidača na 1,8 stupnjeva, 0,9 stupnjeva, 0,72 stupnjeva, 0,36 stupnjeva, 0,18 stupnjeva, 0,09 stupnjeva, 0,072 stupnjeva ili 0,036 stupnjeva, nudeći kompatibilnost s oba dvo-fazni i pet-fazni hibrid kutovi koraka koračnog motora.
Točnost upravljanja AC servo motora osiguravaju rotacijski enkoderi. Uzimajući Panasonicove potpuno digitalne AC servo motore kao primjer, za motore opremljene standardnim enkoderima od 2500 linija, ekvivalent impulsa je 360 stupnjeva/10000=0.036 stupnjeva zbog tehnologije kvadraturne frekvencijske pretvorbe ugrađene interno u pogonski program. Za motore opremljene 17-bitnim koderom, pogon prima 2¹⁷=131,072 impulsa po okretaju, što rezultira rezolucijom impulsa od 360 stupnjeva / 131,072 impulsa=0.002746 stupnjeva po impulsu.
2. Različite karakteristike niske-frekventnosti
Koračni motori skloni su-niskofrekventnim vibracijama pri malim brzinama. Frekvencija vibracija ovisi o uvjetima opterećenja i performansama pogona, općenito se smatra pola učestalosti pokretanja motora bez{2}}opterećenja. Ova-niskofrekventna vibracija, svojstvena principu rada koračnih motora, vrlo je štetna za normalan rad stroja. Kada koračni motori rade pri niskim brzinama, treba primijeniti tehnike prigušivanja za ublažavanje nisko-frekventnih vibracija, kao što je dodavanje prigušivača motoru ili korištenje mikrokoračne tehnologije u pokretaču.
AC servo motori rade iznimno glatko, ne pokazujući vibracije čak ni pri malim brzinama. AC servo sustavi uključuju mogućnosti potiskivanja rezonancije kako bi kompenzirali nedostatke mehaničke krutosti. Dodatno, funkcija interne analize frekvencije sustava (FFT) detektira mehaničke rezonantne točke, olakšavajući podešavanje sustava.
3. Različite karakteristike momenta-frekvencije
Koračni motori pokazuju opadajući izlazni moment s povećanjem brzine, doživljavajući oštar pad pri većim brzinama. Posljedično, njihova najveća radna brzina obično je ograničena na 300–600 okretaja u minuti. AC servo motori isporučuju konstantan izlazni moment, održavajući nazivni moment unutar svog raspona nazivne brzine (općenito 2000 ili 3000 okretaja u minuti). Iznad nazivne brzine prelaze na konstantnu izlaznu snagu.
4. Različite mogućnosti preopterećenja
Koračni motori općenito nemaju mogućnost preopterećenja. AC servo motori imaju jaku sposobnost preopterećenja. Uzimajući Panasonic AC servo sustav kao primjer, on ima mogućnost preopterećenja brzine i momenta. Njegov najveći zakretni moment doseže tri puta veći od nazivnog zakretnog momenta, što mu omogućuje da nadvlada moment inercije inercijskih opterećenja tijekom pokretanja. Koračni motori nemaju tu mogućnost preopterećenja. Kako bi se prevladao inercijski moment tijekom pokretanja, motori s većim momentom često se biraju tijekom specifikacije. Međutim, tako veliki zakretni moment je nepotreban tijekom normalnog rada, što rezultira izgubljenim zakretnim momentom.
5. Različite operativne performanse
Koračni motori upotrebljavaju kontrolu-otvorene petlje. Pretjerano visoke početne frekvencije ili pretjerana opterećenja mogu uzrokovati gubitak koraka ili zastoj. Pretjerano velike brzine tijekom zaustavljanja mogu dovesti do prekoračenja. Stoga, kako bi se osigurala točnost upravljanja, ubrzavanjem i usporavanjem mora se pravilno upravljati. Sustavi AC servo pogona upotrebljavaju upravljanje zatvorenom-petljom. Pokretač izravno uzorkuje povratne signale iz enkodera motora, formirajući unutarnje petlje položaja i brzine. Ovaj dizajn općenito izbjegava probleme s gubitkom koraka ili prekoračenjem koji su uobičajeni kod koračnih motora, pružajući pouzdanije upravljačke performanse.
6. Različite performanse brzine odziva
Koračnom motoru potrebno je 200–400 milisekundi da ubrza iz mirovanja u radnu brzinu (obično nekoliko stotina okretaja u minuti). AC servo sustavi pokazuju vrhunske performanse ubrzanja. Na primjer, Panasonic MSMA 400W AC servo motor ubrzava iz mirovanja do svoje nazivne brzine od 3000 okretaja u minuti za samo nekoliko milisekundi, što ga čini prikladnim za aplikacije koje zahtijevaju brzu kontrolu pokretanja-zaustavljanja.
Ukratko, AC servo sustavi nadmašuju koračne motore u brojnim aspektima performansi. Međutim, koračni motori se još uvijek često koriste kao aktuatori u manje zahtjevnim aplikacijama. Stoga, tijekom projektiranja sustava upravljanja, čimbenici kao što su zahtjevi za upravljanje i troškovi moraju biti sveobuhvatno procijenjeni kako bi se odabrao odgovarajući motor.