En elektrisk motor består af en rotor placeret i et roterende magnetfelt. Under påvirkning af dette roterende magnetfelt opnår rotoren et rotationsmoment, hvilket får den til at dreje. Asynkronmotorer fungerer over et bredt effektområde, fra nogle få watt til titusindvis af kilowatt, og leverer strøm til diverse mekanisk udstyr og husholdningsapparater.
En elektrisk motor (almindeligvis kaldet en "motor") er en elektromagnetisk enhed, der konverterer eller transmitterer elektrisk energi baseret på princippet om elektromagnetisk induktion. Dens primære funktion er at generere drivmoment, der tjener som strømkilde til elektriske apparater eller forskelligt mekanisk udstyr.
En generators primære funktion er at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi.
En elektrisk motor består primært af en elektromagnetvikling eller fordelte statorviklinger til generering af et magnetfelt, et roterende anker eller rotor og andet tilbehør. Under påvirkning af det roterende magnetfelt, der produceres af statorviklingerne, strømmer strømmen gennem armaturets egern-bur aluminiumsramme. Denne strøm interagerer med magnetfeltet, hvilket får armaturet til at rotere.
Stator (stationær del) Statorkerne: En komponent af motorens magnetiske kredsløb, hvorpå statorviklingerne er monteret; Statorviklinger: Motorens elektriske kredsløb, hvorigennem trefaset vekselstrøm strømmer for at generere et roterende magnetfelt; Ramme: Sikrer statorkernen og for-/bagende dæksler for at understøtte rotoren, samtidig med at den giver beskyttelse, varmeafledning og andre funktioner;
Rotor (roterende del)
Rotorkerne: Fungerer som en del af motorens magnetiske kredsløb og huser rotorviklingerne i dens slidser;
Rotorviklinger: Skær gennem statorens roterende magnetfelt for at generere induceret elektromotorisk kraft og strøm, der producerer elektromagnetisk drejningsmoment, der driver motorens rotation;
【Motorprincipanimation】
Permanent magnet motor ▼
DC-motor ▼
Kvantemagnetisk motor ▼
Enfaset induktionsmotor ▼
Arbejdsprincip for stepmotorer ▼
Balancemotor ▼
Princippet om at generere elektrisk strøm ▼
Trefaset stator ▼
Motortværsnit ▼
Elektrisk motor ▼
DC-motorer▼
Forskelle mellem reparation af variabel frekvensmotorer og konventionelle motorer
Reparationsmetoderne for motorer med variabel frekvens er grundlæggende de samme som for konventionelle motorer. På grund af de unikke egenskaber ved strømforsyninger med variabel frekvens er isoleringskravene til motorviklinger med variabel frekvens imidlertid strengere end for konventionelle motorer. Følgende foranstaltninger bør træffes for at forbedre isoleringsforholdene:
1. Vælg elektromagnetisk ledning med fremragende koronamodstand for at opfylde motorens krav til at modstå højfrekvente impulser og delvis afladning.
Typisk anvendes polyesterimid/polyamidimid-komposit emaljeret tråd eller korona-resistent elektromagnetisk tråd.
2. Oprulnings- og spalteindføringskonstruktionsteknikker.
Streng styring er essentiel under vikling, spalteindsættelse og bindingsprocesser for motorer med variabel frekvens. Der skal lægges særlig vægt på at forhindre lederskade under vikling og indføring af slidser. Spalteindsættelse skal sikre korrekt placering af spalteisolering, faseisolering og lag-til-lag-isolering. Faseisolering skal bruge materialer, der let kan gennemtrænges af isoleringslak. Spoleender skal forstærkes med binding og sikring for at sikre, at de danner en integreret enhed.
Forstærkning af isolering i bunden af motorspalten, mellem faser, mellem lag og ved spolestart/slutdrejninger forbedrer motorens dielektriske styrke.
3. Hovedisolering skal anvende spaltefri isolering.
Luftspalter i isoleringsstrukturen af motorer med variabel frekvens er den primære årsag til koronaudladning. For at sikre fraværet af luftspalter i den overordnede isoleringsstruktur, i henhold til den nationale standard GB/TZ1707-2008 "Isolationsspecifikationer for trefasede asynkronmotorer til variabel frekvenshastighedskontrol", må den anvendte imprægneringslak ikke være lavere end F-klasse opløsningsmiddelfri lak med flygtigt indhold, og skal være under 10 % af processen. Denne proces forbedrer også den samlede mekaniske styrke af isoleringsstrukturen.
4. Sørg for korrekt tilpasning mellem inverteren, kabler og motor, og begræns længden af kabler mellem motoren og strømkilden.
På grund af impedansmismatch i elledninger øges overspændingsamplituden ved motorenden med længden af kabler mellem inverter og motor, hvilket let kan forårsage delvis afladning. Derfor bør længden af tilslutningskablet minimeres så meget som muligt, baseret på de specifikke karakteristika for strømforsyningen med variabel frekvens og de faktiske krav, for at reducere overspændingsamplituden ved motorenden og mængden af delvis afladning og derved forlænge motorens levetid. Strømkabler til variabel frekvens motorer bruger generelt specialiserede kabler, også kendt som symmetriske ledere med variabel frekvens kabler, som er af 3P+3N/E-serien. Dette betyder, at den oprindelige 3+1-konfiguration opdeler den enkelte nulleder i tre separate ledere.
Stepmotor
Figur 1.1 illustrerer driftsprincippet for en to-faset stepmotor, som har to viklinger. Når en vikling er aktiveret, genererer dens statorpol et magnetfelt, der tiltrækker rotoren til at flugte med denne pol. Hvis viklingerne aktiveres i rækkefølge under styreimpulser-cykler gennem tilstandene A`A→B`B→`AA→`BB-roterer motoren med uret. Når den aktiveres i rækkefølgen A`A→`BB→`AA→B`B, roterer motoren mod uret. Hver kontrolimpuls ændrer strømningsretningen, hvilket får motoren til at bevæge sig et trin (90 grader). Fire impulser fuldender en hel rotation. Højere pulsfrekvens resulterer i hurtigere motorrotation.
Udgangsmomentet fra en stepmotor er proportional med motorens effektive volumen, spoleomdrejninger, magnetiske flux og strøm. Derfor resulterer et større effektivt volumen, flere spoleomdrejninger og et mindre luftgab mellem stator og rotor i større drejningsmoment og omvendt.
Fig. 2 Steppermotormekanismens strukturdiagram
Strukturen af en stepmotor består af en rotor (rotorkerne, permanent magnet, aksel, kuglelejer), en stator (viklinger, statorkerne) og forreste og bageste endehætter. Den mest typiske to-fasede hybrid stepmotor har en stator med 8 store tænder og 40 små tænder, mens rotoren har 50 små tænder. En trefaset motors stator har 9 store tænder og 45 små tænder, hvor rotoren også har 50 små tænder.
Fasetællingen for en stepmotor refererer til antallet af spolegrupper i motoren. Almindeligvis anvendte typer omfatter tofasede, trefasede, firefasede og femfasede stepmotorer. Forskellige fasetællinger resulterer i forskellige trinvinkler: typisk har tofasede motorer trinvinkler på 0,9 grader /1,8 grader, trefasede motorer har 0,75 grader /1,5 grader, og femfasede motorer har 0,36 grader /0,72 grader. Uden en microstepping-driver vælger brugerne primært stepmotorer med forskellige fasetællere for at opfylde deres påkrævede trinvinkelspecifikationer. Når du bruger en microstepping-driver, bliver 'fasetællingen' irrelevant; brugere kan blot justere microstep-opløsningen på driveren for at ændre trinvinklen.
Uanset om det er en to-faset fire-leder, fire-faset fem-leder eller fire-faset seks-leder stepmotor, forbliver den interne konstruktion konsistent. Forskellen mellem fire-leder, fem-leder eller seks-leder konfigurationer afhænger af, om A- og ~A-parrene eller B- og B~-parrene deler en fælles terminalforbindelse (COM). Hvis både A- og B-gruppen har deres egne dedikerede COM-terminaler, er motoren seks-leder. Hvis de fælles terminaler for A og B er forbundet sammen, er det fem-leder.
Derfor, for at bestemme ledningskonfigurationen af en stepmotor, skal du blot adskille A- og B-grupperne og teste dem med et multimeter.
Fire-leder:Da der ikke er nogen fælles (COM) ledning i en fire-leder konfiguration, er A- og B-grupperne fuldstændigt isolerede og ikke-ledende i forhold til hinanden. Når den testes med et multimeter, vil en gruppe således ikke vise nogen kontinuitet.
Fem-leder:I en femtrådskonfiguration er de fælles terminaler for A- og B-grupperne forbundet med hinanden. Når du tester med et multimeter, hvis en ledning viser en modstandsværdi svarende til de andre ledninger, er den ledning den fælles terminal. Til kørsel af en femtråds stepmotor kan den fælles terminal efterlades uden forbindelse, og motoren vil stadig fungere.
Seks-leder:De fælles klemmer i A- og B-grupperne er ikke forbundet. På samme måde, ved at bruge et multimeter til at måle modstand, hvis en ledning viser identisk modstand med de to andre ledninger, er den ledning com-terminalen, og de to andre ledninger danner en gruppe. For at drive en firefaset seks-leder stepmotor kan motoren også drives uden at forbinde de to fælles com-terminaler.
Stepmotor-relaterede koncepter:
Antal faser: Antallet af excitationsspolepar, der genererer forskellige par af N- og S-magnetiske poler. Almindeligvis betegnet med m.
Pulsantal:Antallet af impulser eller ledende tilstande, der kræves for at fuldføre en magnetisk feltcyklus, angivet med n. Alternativt refererer det til antallet af impulser, der er nødvendige for, at motoren kan rotere en pitch-vinkel. For eksempel i en firefaset motor:
Trinvinkel:Vinkelforskydningen af motorrotoren svarende til et pulssignal, angivet med θ. θ=360 grader / (rotortænder J × driftstaktnummer). For konventionelle to- eller firefasede motorer med 50 rotortænder: Ved firefasedrift er trinvinklen θ=360 grader /(50*4)=1.8 grader (almindeligvis kaldet et fuldt trin). I ottefasedrift er trinvinklen θ=360 grad /(50*8)=0.9 grad (almindeligvis kaldet et halvt trin).
Holdemoment:Motorrotorens iboende låsemoment, når den er afbrudt (forårsaget af harmoniske magnetfelttandprofiler og mekaniske fejl).
Statisk moment:Låsemomentet på motorakslen, når motoren er under nominel statisk elektrisk kraft, men ikke roterer. Dette drejningsmoment tjener som en standard til evaluering af motorstørrelse (geometriske dimensioner) og er uafhængig af drivspænding eller strømforsyning.
Steppermotordrev:At drive en stepmotor involverer i det væsentlige skiftevis at påføre kontinuerlige impulser til motorens A- og B-grupper, hvilket gør det muligt for motoren at fungere.
Mistet trin:Det faktiske antal trin, der tages under motordrift, stemmer ikke overens med det teoretiske trinantal.
Eksempel:Forskelle mellem tofasede og femfasede stepmotorer
Stepmotorer er primært klassificeret efter antallet af faser, hvor tofasede og femfasede stepmotorer er de mest udbredte på det nuværende marked. De fleste tofasede stepmotorer kan opdeles i maksimalt 400 lige store trin pr. omdrejning, mens femfasede motorer kan opdeles i 1000 lige store trin. Som følge heraf udviser femfasede stepmotorer overlegne ydelseskarakteristika, kortere accelerations-/decelerationstider og lavere dynamisk inerti.
Sammenligning af forskelle mellem tofasede og femfasede stepmotorer:
| To-faset stepmotor | Fem-faset stepmotor | |
| Opløsning | 1,8 grader /0,9 grader (200, 400 mikrotrin) | 0,72 grader/0,36 grader (500, 1000 mikrotrin), 2,5 gange højere end tofasede stepmotorer |
| Vibrationsegenskaber | Lavhastighedsresonansområde mellem 100-200 PPS, betydelig vibration | Ingen væsentlige resonanspunkter, lav vibration |
| Hastighed og drejningsmoment karakteristika | Lavere hastighed | Høj hastighed, højt drejningsmoment |
1. Forskelle i kontrolnøjagtighed
Tofasede hybride stepmotorer har typisk trinvinkler på 3,6 grader eller 1,8 grader, mens femfasede hybride stepmotorer generelt har trinvinkler på 0,72 grader eller 0,36 grader. Nogle højtydende stepmotorer tilbyder endnu mindre trinvinkler. For eksempel har en stepmotor produceret af Sitong Company til langsomtrådsskæremaskiner en trinvinkel på 0,09 grader. De trefasede hybride stepmotorer produceret af Tysklands Berger Lahr kan få deres trinvinkler indstillet via DIP-switche til 1,8 grader, 0,9 grader, 0,72 grader, 0,36 grader, 0,18 grader, 0,09 grader, 0,072 grader eller 0,036 graders kompatibilitet med både to-fase- og fem-fase-kompatibilitet. motoriske trinvinkler.
Kontrolnøjagtigheden af AC servomotorer sikres af roterende encodere. Tager vi Panasonics fuldt digitale AC-servomotorer som et eksempel, for motorer udstyret med standard 2500-linjers indkodere, er pulsækvivalenten 360 grader/10000=0.036 grader på grund af kvadraturfrekvenskonverteringsteknologien implementeret internt i driveren. For motorer udstyret med en 17-bit encoder modtager drevet 2¹⁷=131.072 pulser pr. omdrejning, hvilket resulterer i en pulsopløsning på 360 grader / 131.072 pulser=0.002746 grader pr. puls.
2. Forskellige lavfrekvente egenskaber
Stepmotorer er tilbøjelige til lavfrekvente vibrationer ved lave hastigheder. Vibrationsfrekvensen afhænger af belastningsforhold og førerens ydeevne, som generelt anses for at være halvdelen af motorens ubelastede startfrekvens. Denne lavfrekvente vibration, som er iboende i stepmotorernes driftsprincip, er yderst skadelig for normal maskindrift. Når stepmotorer kører ved lave hastigheder, bør dæmpningsteknikker anvendes til at afbøde lavfrekvente vibrationer, såsom at tilføje dæmpere til motoren eller bruge mikrostepping-teknologi i driveren.
AC servomotorer fungerer usædvanligt jævnt og udviser ingen vibrationer selv ved lave hastigheder. AC servosystemer inkorporerer resonansundertrykkelsesfunktioner for at kompensere for mekaniske stivhedsmangler. Derudover detekterer systemets interne frekvensanalysefunktion (FFT) mekaniske resonanspunkter, hvilket letter systemjustering.
3. Forskellige moment-frekvenskarakteristika
Stepmotorer udviser et faldende udgangsmoment med stigende hastighed og oplever et kraftigt fald ved højere hastigheder. Derfor er deres maksimale driftshastighed typisk begrænset til 300–600 RPM. AC-servomotorer leverer konstant drejningsmoment, og bibeholder det nominelle drejningsmoment inden for deres nominelle hastighedsområde (generelt 2000 eller 3000 RPM). Over den nominelle hastighed går de over til konstant effekt.
4. Forskellige overbelastningsmuligheder
Stepmotorer mangler generelt overbelastningsevne. AC servomotorer har stærk overbelastningsevne. Tager man Panasonic AC servosystemet som et eksempel, har det både hastighedsoverbelastning og drejningsmomentoverbelastningsevne. Dens maksimale drejningsmoment når tre gange det nominelle drejningsmoment, hvilket gør den i stand til at overvinde inertimomentet fra inertibelastninger under opstart. Stepmotorer mangler denne overbelastningsevne. For at overvinde inertimoment under opstart vælges ofte større momentmotorer under specifikation. Et så højt drejningsmoment er imidlertid unødvendigt under normal drift, hvilket resulterer i spildt drejningsmoment.
5. Forskellige operationelle præstationer
Stepmotorer anvender åben sløjfe kontrol. For høje startfrekvenser eller for store belastninger kan forårsage trintab eller standsning. For høje hastigheder under stop kan føre til overskridelse. For at sikre kontrolnøjagtighed skal acceleration og deceleration derfor styres korrekt. AC servodrivsystemer anvender lukket sløjfestyring. Driveren sampler direkte feedbacksignaler fra motorencoderen og danner interne positions- og hastighedsløkker. Dette design undgår generelt de trintab eller overskridelsesproblemer, der er almindelige i stepmotorer, hvilket giver en mere pålidelig kontrolydelse.
6. Forskellig hastighedsrespons ydeevne
En stepmotor kræver 200-400 millisekunder for at accelerere fra hvile til driftshastighed (typisk flere hundrede o/min). AC servosystemer udviser overlegen accelerationsydelse. For eksempel accelererer Panasonic MSMA 400W AC servomotor fra hvile til dens nominelle hastighed på 3000 RPM på blot et par millisekunder, hvilket gør den velegnet til applikationer, der kræver hurtig start-stop-kontrol.
Sammenfattende overgår AC-servosystemer stepmotorer i adskillige ydelsesaspekter. Stepmotorer er dog stadig almindeligt anvendt som aktuatorer i mindre krævende applikationer. Derfor skal faktorer som kontrolkrav og omkostninger evalueres grundigt under design af styresystemet for at vælge den passende motor.