Elektromotor se skládá z rotoru umístěného v rotujícím magnetickém poli. Vlivem tohoto rotujícího magnetického pole získává rotor točivý moment, což způsobuje jeho otáčení. Asynchronní motory pracují v širokém výkonovém rozsahu, od několika wattů do desítek tisíc kilowattů, a poskytují energii pro různá mechanická zařízení a domácí spotřebiče.
Elektromotor (běžně nazývaný „motor“) je elektromagnetické zařízení, které převádí nebo přenáší elektrickou energii na principu elektromagnetické indukce. Jeho primární funkcí je generování hnacího momentu, který slouží jako zdroj energie pro elektrické spotřebiče nebo různá mechanická zařízení.
Primární funkcí generátoru je přeměna elektrické energie na mechanickou energii.
Elektromotor sestává především z vinutí elektromagnetu nebo distribuovaných statorových vinutí pro generování magnetického pole, rotující kotvy nebo rotoru a dalšího příslušenství. Vlivem rotujícího magnetického pole produkovaného vinutím statoru proud protéká hliníkovým rámem kotvy nakrátko-. Tento proud interaguje s magnetickým polem a způsobuje rotaci kotvy.
Stator (stacionární část) Jádro statoru: Součást magnetického obvodu motoru, na které jsou namontována vinutí statoru; Vinutí statoru: Elektrický obvod motoru, kterým protéká třífázový střídavý proud, který vytváří rotující magnetické pole; Rám: Zajišťuje jádro statoru a přední/zadní koncové kryty pro podporu rotoru a zároveň poskytuje ochranu, odvod tepla a další funkce;
Rotor (otočná část)
Jádro rotoru: Slouží jako součást magnetického obvodu motoru a v jeho štěrbinách jsou uložena vinutí rotoru;
Vinutí rotoru: Prořízněte rotující magnetické pole statoru a generujte indukovanou elektromotorickou sílu a proud, čímž vzniká elektromagnetický točivý moment, který pohání rotaci motoru;
【Animace principu motoru】
Motor s permanentním magnetem ▼
Stejnosměrný motor ▼
Kvantový magnetický motor ▼
Jednofázový-indukční motor ▼
Princip činnosti krokových motorů ▼
Vyvažovací motor ▼
Princip generování elektrického proudu ▼
Třífázový stator ▼-
Motor Cross-Sekce ▼
Elektromotor ▼
Stejnosměrné motory▼
Rozdíly mezi opravami motorů s proměnnou frekvencí a konvenčních motorů
Metody oprav u motorů s proměnnou frekvencí jsou v zásadě stejné jako u konvenčních motorů. Vzhledem k jedinečným vlastnostem napájecích zdrojů s proměnnou frekvencí jsou však požadavky na izolaci vinutí motoru s proměnnou frekvencí přísnější než u běžných motorů. Ke zlepšení izolačních podmínek by měla být přijata následující opatření:
1. Vyberte elektromagnetický vodič s vynikající odolností vůči koroně, aby splňoval požadavky motoru na odolnost vysokofrekvenčním-pulsům a částečnému vybití.
Obvykle se používá polyesterimid/polyamidimid kompozitní smaltovaný drát nebo elektromagnetický drát odolný vůči koroně-.
2. Konstrukční techniky navíjení a vkládání štěrbin.
Přísné řízení je nezbytné během procesů navíjení, vkládání štěrbin a spojování motorů s proměnnou frekvencí. Zvláštní pozornost je třeba věnovat tomu, aby se zabránilo poškození vodiče během navíjení a vkládání štěrbiny. Vložení štěrbiny musí zajistit správné umístění izolace štěrbiny, fázové izolace a izolace mezi vrstvami --. Fázová izolace by měla používat materiály snadno pronikající izolačním lakem. Konce cívek musí být vyztuženy vázáním a zajištěním, aby se zajistilo, že tvoří integrální jednotku.
Zesílení izolace na dně motorového slotu, mezi fázemi, mezi vrstvami a na začátku/konci cívky zvyšuje dielektrickou pevnost motoru.
3. Hlavní izolace musí používat izolaci bez -mezer.
Vzduchové mezery v izolační struktuře motorů s proměnnou frekvencí jsou primární příčinou korónového výboje. Aby se zajistila absence vzduchových mezer v celkové izolační struktuře, podle národní normy GB/TZ1707-2008 „Specifikace izolace pro tří-fázové asynchronní motory pro regulaci otáček s proměnnou frekvencí“ nesmí být použitý impregnační lak nižší než bezrozpouštědlový lak třídy F- s obsahem těkavých látek nižším než 10 % a procesní VPI. zaměstnaný. Tento proces také zvyšuje celkovou mechanickou pevnost izolační struktury.
4. Zajistěte správnou shodu mezi měničem, kabely a motorem a omezte délku kabelů mezi motorem a zdrojem napájení.
Kvůli nesouladu impedance v silových vedeních se amplituda přepětí na konci motoru zvyšuje s délkou kabelů mezi měničem a motorem, což může snadno způsobit částečné vybití. Na základě specifických charakteristik napájecího zdroje s proměnnou frekvencí a skutečných požadavků by proto měla být délka propojovacího kabelu co nejvíce minimalizována, aby se snížila amplituda přepětí na konci motoru a množství částečného výboje, a tím se prodloužila životnost motoru. Napájecí kabely pro motory s proměnnou frekvencí obecně používají specializované kabely, známé také jako symetrické kabely s proměnnou frekvencí, které jsou ze série 3P+3N/E. To znamená, že původní konfigurace 3+1 rozděluje jeden nulový vodič na tři samostatné vodiče.
Krokový motor
Obrázek 1.1 znázorňuje princip fungování dvou-fázového krokového motoru, který má dvě vinutí. Když je jedno vinutí pod napětím, jeho statorový pól generuje magnetické pole, které přitahuje rotor, aby se vyrovnal s tímto pólem. Pokud jsou vinutí napájena postupně podle řídicích impulzů-cyklujících se stavy A`A→B`B→`AA→`BB-motor se otáčí ve směru hodinových ručiček. Při napájení v sekvenci A`A→`BB→`AA→B`B se motor otáčí proti směru hodinových ručiček. Každý řídicí impuls změní směr buzení, což způsobí, že se motor posune o jeden krok (90 stupňů). Čtyři impulsy dokončí jednu úplnou otáčku. Vyšší frekvence pulzů má za následek rychlejší otáčení motoru.
Výstupní moment krokového motoru je úměrný efektivnímu objemu motoru, otáčkám cívky, magnetickému toku a proudu. Větší efektivní objem, více závitů cívky a menší vzduchová mezera mezi statorem a rotorem tedy vede k většímu točivému momentu a naopak.
Obr. 2 Schéma struktury mechanismu krokového motoru
Konstrukce krokového motoru se skládá z rotoru (jádro rotoru, permanentní magnet, hřídel, kuličková ložiska), statoru (vinutí, jádro statoru) a přední a zadní koncovky. Nejtypičtější dvou-fázový hybridní krokový motor má stator s 8 velkými zuby a 40 malými zuby, zatímco rotor má 50 malých zubů. Stator třífázového motoru má 9 velkých zubů a 45 malých zubů, přičemž rotor má také 50 malých zubů.
Počet fází krokového motoru se vztahuje k počtu skupin cívek v motoru. Mezi běžně používané typy patří dvou-fázové, tří-fázové, čtyř-fázové a pěti{4}}fázové krokové motory. Různé počty fází mají za následek různé úhly kroku: obvykle mají dvou{6}}fázové motory úhly kroku 0,9 stupně /1,8 stupně, tří{9}}fázové motory mají 0,75 stupně /1,5 stupně a pěti{12}}fázové motory mají 0,36 stupně /0,72 stupně. Bez ovladače mikrokrokování uživatelé primárně vybírají krokové motory s různým počtem fází, aby splňovaly požadované specifikace úhlu kroku. Při použití ovladače mikrokrokování se 'počet fází' stává irelevantním; uživatelé mohou jednoduše upravit rozlišení mikrokroků na ovladači a změnit úhel kroku.
Ať už se jedná o dvou{0}}fázový čtyř{1}}vodičový, čtyř{2}}fázový pěti-vodičový nebo čtyř{4}}fázový šesti-vodičový krokový motor, vnitřní konstrukce zůstává konzistentní. Rozdíl mezi čtyř{7}}vodičovými, pěti{8}}vodičovými nebo šesti-vodičovými konfiguracemi závisí na tom, zda páry A a ~A nebo páry B a B~ sdílejí společné terminálové (COM) připojení. Pokud mají obě skupiny A i B své vlastní vyhrazené COM terminály, je motor šesti-vodičový. Pokud jsou společné svorky pro A a B propojeny, je to pěti{13}}vodič.
Chcete-li tedy určit konfiguraci zapojení krokového motoru, jednoduše oddělte skupiny A a B a otestujte je multimetrem.
Čtyři-drát:Protože ve čtyřvodičové konfiguraci není žádný společný (COM) vodič, jsou skupiny A a B zcela izolované a vzájemně-nevodivé. Při testování multimetrem tedy jedna skupina nevykazuje žádnou spojitost.
Pět-vodičů:V pěti{0}}vodičové konfiguraci jsou společné svorky skupin A a B propojeny. Pokud při testování multimetrem jeden vodič vykazuje hodnotu odporu podobnou jako ostatní vodiče, je tento vodič společnou svorkou. Pro pohon pěti-drátového krokového motoru může být společný terminál ponechán nezapojený a motor bude stále fungovat.
Šest-vodičů:Společné svorky skupin A a B nejsou propojeny. Podobně při použití multimetru k měření odporu, pokud jeden vodič vykazuje stejný odpor jako ostatní dva vodiče, tento vodič je terminál com a další dva vodiče tvoří skupinu. Pro pohon čtyř-fázového šesti-vodičového krokového motoru lze motor pohánět také bez připojení dvou společných svorek com.
Koncepce související s krokovým motorem:
Počet fází: Počet párů budicích cívek generujících různé páry N a S magnetických pólů. Běžně se označuje m.
Počet pulzů:Počet pulzů nebo vodivých stavů potřebných k dokončení jednoho cyklu magnetického pole, označovaný n. Alternativně se vztahuje k počtu impulsů potřebných k tomu, aby se motor otočil o jeden úhel stoupání. Například u čtyř-fázového motoru:
Krokový úhel:Úhlové vychýlení rotoru motoru odpovídající jednomu pulznímu signálu, označenému θ. θ=360 stupňů / (zuby rotoru J × počet provozních úderů). U konvenčních dvou- nebo čtyř{4}}fázových motorů s 50 zuby rotoru: Ve čtyř-fázovém provozu je úhel kroku θ=360 stupňů /(50*4)=1.8 stupňů (běžně se nazývá úplný stupeň). V osmi{12}}fázovém provozu je úhel kroku θ=360 stupňů /(50*8)=0.9 stupňů (běžně se nazývá poloviční stupeň).
Přídržný točivý moment:Vlastní blokovací moment rotoru motoru, když-nebude napájen (způsobený harmonickými profily zubů magnetického pole a mechanickými chybami).
Statický točivý moment:Blokovací moment na hřídeli motoru, když je motor pod jmenovitou statickou elektrickou silou, ale neotáčí se. Tento moment slouží jako standard pro vyhodnocení velikosti motoru (geometrické rozměry) a je nezávislý na napětí měniče nebo napájení.
Pohon krokovým motorem:Pohon krokového motoru v podstatě zahrnuje střídavou aplikaci nepřetržitých pulzů na skupiny A a B motoru, což motoru umožňuje provoz.
Zmeškaný krok:Skutečný počet kroků provedených během provozu motoru neodpovídá teoretickému počtu kroků.
Příklad:Rozdíly mezi dvou{0}}fázovými a pěti{1}}fázovými krokovými motory
Krokové motory jsou primárně klasifikovány podle počtu fází, přičemž na současném trhu jsou nejrozšířenější dvou{0}}fázové a pěti{1}}fázové krokové motory. Většinu dvou-fázových krokových motorů lze rozdělit na maximálně 400 stejných kroků na otáčku, zatímco pěti{5}}fázové motory lze rozdělit na 1000 stejných kroků. Pět{8}}fázové krokové motory proto vykazují vynikající výkonnostní charakteristiky, kratší doby zrychlení/zpomalení a nižší dynamickou setrvačnost.
Porovnání rozdílů mezi dvou{0}}fázovými a pěti-fázovými krokovými motory:
| Dvoufázový krokový motor- | Pět{0}}fázový krokový motor | |
| Rezoluce | 1,8 stupně /0,9 stupně (200, 400 mikrokroků) | 0,72 stupně/0,36 stupně (500, 1000 mikrokroků), 2,5krát více než u dvou-fázových krokových motorů |
| Vibrační charakteristiky | Rezonanční rozsah nízkých-rychlostí mezi 100–200 PPS, výrazné vibrace | Žádné výrazné rezonanční body, nízké vibrace |
| Rychlostní a krouticí charakteristiky | Nižší rychlost | Vysoká rychlost, vysoký točivý moment |
1. Rozdíly v přesnosti řízení
Dvou{0}}fázové hybridní krokové motory mají obvykle úhly kroku 3,6 stupně nebo 1,8 stupně, zatímco pěti{3}}fázové hybridní krokové motory mají obvykle úhly kroku 0,72 stupně nebo 0,36 stupně. Některé-výkonné krokové motory nabízejí ještě menší úhly kroku. Například krokový motor vyráběný společností Sitong pro pomalé-drátové řezací stroje má úhel kroku 0,09 stupně. Třífázové hybridní krokové motory vyráběné německou společností Berger Lahr mohou mít krokové úhly nastaveny pomocí přepínačů DIP na 1,8 stupně, 0,9 stupně, 0,72 stupně, 0,36 stupně, 0,18 stupně, 0,09 stupně, 0,072 stupně nebo 1} s kompatibilitou obou{0,07 stupňů{0,0} s kompatibilitou obou fází pěti-fázový hybrid krokové úhly krokového motoru.
Přesnost řízení AC servomotorů je zajištěna rotačními enkodéry. Vezmeme-li jako příklad plně digitální AC servomotory Panasonic, u motorů vybavených standardními 2500řádkovými kodéry je pulzní ekvivalent 360 stupňů/10000=0.036 stupňů díky technologii kvadraturní frekvenční konverze implementované interně v měniči. U motorů vybavených 17bitovým kodérem přijímá měnič 2¹⁷=131 072 impulsů na otáčku, což má za následek rozlišení impulsů 360 stupňů / 131 072 impulsů=0.002746 stupňů na impuls.
2. Různé nízkofrekvenční-charakteristiky
Krokové motory jsou náchylné k nízkofrekvenčním-vibracím při nízkých rychlostech. Frekvence vibrací závisí na podmínkách zatížení a výkonu měniče, obecně se považuje za polovinu spouštěcí frekvence motoru bez-zátěže. Tyto nízkofrekvenční vibrace, které jsou vlastní principu činnosti krokových motorů, jsou velmi škodlivé pro normální provoz stroje. Když krokové motory pracují při nízkých otáčkách, měly by být ke zmírnění nízkofrekvenčních vibrací použity techniky tlumení, jako je přidání tlumičů k motoru nebo použití technologie mikrokrokování v měniči.
Střídavé servomotory pracují výjimečně hladce a nevykazují žádné vibrace ani při nízkých rychlostech. Střídavé servosystémy zahrnují funkce potlačení rezonance pro kompenzaci nedostatků mechanické tuhosti. Funkce interní frekvenční analýzy (FFT) systému navíc detekuje body mechanické rezonance, což usnadňuje ladění systému.
3. Různé frekvenční charakteristiky-točivého momentu
Krokové motory vykazují klesající výstupní točivý moment s rostoucí rychlostí, přičemž při vyšších rychlostech dochází k prudkému poklesu. V důsledku toho je jejich maximální provozní rychlost obvykle omezena na 300–600 ot./min. Střídavé servomotory poskytují konstantní výstupní točivý moment a udržují jmenovitý točivý moment v rozsahu jmenovitých otáček (obecně 2000 nebo 3000 ot./min.). Nad jmenovitými otáčkami přecházejí na konstantní výkon.
4. Různé schopnosti přetížení
Krokové motory obecně postrádají schopnost přetížení. Střídavé servomotory mají silnou schopnost přetížení. Vezmeme-li příklad servosystému Panasonic AC, má schopnost přetížení rychlosti i točivého momentu. Jeho maximální točivý moment dosahuje trojnásobku jmenovitého točivého momentu, což mu umožňuje překonat moment setrvačnosti při setrvačném zatížení během spouštění. Krokové motory postrádají tuto schopnost přetížení. Pro překonání setrvačného momentu při spouštění se často při specifikaci volí motory s větším momentem. Tak vysoký točivý moment je však při normálním provozu zbytečný, což má za následek plýtvání točivým momentem.
5. Rozdílný provozní výkon
Krokové motory využívají řízení s otevřenou{0}}smyčkou. Příliš vysoké startovací frekvence nebo nadměrné zatížení mohou způsobit ztrátu kroku nebo zastavení. Příliš vysoké otáčky při zastavování mohou vést k překmitu. Proto, aby byla zajištěna přesnost ovládání, musí být zrychlení a zpomalení správně řízeno. Systémy AC servopohonů využívají řízení s uzavřenou-smyčkou. Ovladač přímo vzorkuje zpětnovazební signály z kodéru motoru a vytváří vnitřní polohové a rychlostní smyčky. Tato konstrukce obecně zabraňuje problémům se ztrátou kroku nebo překmitem běžným u krokových motorů a poskytuje spolehlivější výkon řízení.
6. Různá rychlost odezvy
Krokový motor vyžaduje 200–400 milisekund, aby zrychlil z klidu na provozní rychlost (obvykle několik set otáček za minutu). AC servosystémy vykazují vynikající výkon při zrychlení. Například střídavý servomotor Panasonic MSMA 400W zrychlí z klidu na jmenovitou rychlost 3000 ot./min během několika milisekund, takže je vhodný pro aplikace vyžadující rychlé ovládání start-stop.
Stručně řečeno, AC servosystémy předčí krokové motory v mnoha výkonnostních aspektech. Krokové motory se však stále běžně používají jako akční členy v méně náročných aplikacích. Proto musí být při návrhu řídicího systému komplexně vyhodnoceny faktory, jako jsou požadavky na řízení a náklady, aby se vybral vhodný motor.